Brevet FR2438374A1 — publié le 19800430

L'invention se rapporte à un régulateur de tenson de sortie de groupe electrogène constitué d'un alternateur à induit triphasé avec un inducteur à aimants permanents et d'un redresseur mixte à thyristors sur le négatif et diodes sur le positif. Les groupes électrogènes destinés à délivrer une tension continue comportent classiquement une génératrice à courant continu entraînée par un moteur thermique et la régulation de la tension de sortie se fait alors en agissant sur-ltexcitation de la génératrice. En raison de l'encombrement et du poids des génératrices à courant continu, on a tendance à remplacer ces génératrices par des alternateurs dans lesquels l'induit est fixe et l'inducteur tournant, et l'on redresse le courant d'induit. Pour réduire les ondulations du courant redressé l'induit est généralement polyphasé. Le réglage de la tension de sortie peut être obtenu de façon classique par action sur le courant d'excitation de l'inducteur. On a récemment mis au point des groupes électrogènes à alternateur polyphasé et redresseur, l'inducteur comprenant des aimants permanents , mais alors la tension alternative polyphasée ne dépend plus que de la vitesse de rotation du groupe et de la charge du circuit extérieur. On est conduit à envisager un réglage de la tension redressée en utilisant un redresseur comportant des thyristors et en agissant sur l'angle d'amorçage de ces thyristors. il est courant d'utiliser des redresseurs en pont mixte, avec des diodes sur une polarité et des thyristors sur l'autre polarité. Le réglage de l'angle d'amorçage des thyristors peut être obtenu en utilisant des circuits déphaseurs, mais cette disposition se prote mal à une réalisation entièrement statique qui permette une véritable régulation. I1 est préférable d'utiliser des circuits retardateurs comme des générateurs de rampes synchronisés sur la tension alternative à redresser, en sorte que l'angle d'amorçage est défini par le temps que met la tension de rampe, à partir de son origine, pour atteindre une valeur déterminée. En appliquant à un comparateur d'une part la tension de rampe et d'autre part une tension de comparaison, le passage de la tension de rampe à la tension de comparaison provoque le basculement du comparateur, dont on peut dériver aisément un signal d'amorçage pour le thyristor correspondant. Bien entendu il faut autant de générateurs de rampes et de comparateurs qu'il y a de thyristors dans le redresseur. Comme la relation entre l'angle d'amorçage et la tension redressée est loin d'être linéaire, la réalisation de régulateurs stables agissant sur l'angle d'amorçage est difficile. En outre l'utilisation de générateurs de rampes classiques à vitesse de montée constante fait dépendre l'angle d'amorçage de la fréquence de la tension alternative. La régulation de vitesse de groupes électrogènes est pratiquement insuffisante pour que la régulation de tension redressée par action sur l'angle d'amorçage soit stable. L'invention a pour objet un régulateur pour groupe électrogène à redresseur à thyristors présentant une stabilité satisfaisante vis-à-vis des variations de charge et de vitesse du groupe et propose à cet effet un régulateur de tension de sortie de groupe électrogène constitué d'un alternateur à induit triphasé avec un inducteur à aimants permanents entrainé par un moteur et d'un redresseur en pont mixte à thyristors sur le négatif et diodes sur le positif, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison trois moyens d'amorçage affectés chacun à un thyristor de phase et comprenant un générateur d'impulsions d'amorçage couplé à la gâchette du thyristor et débloqué par un état d'un comparateur à deux états avec deux entrées, une première recevant une tension image de la tension de sortie du redresseur, et la seconde un signal de rampe issu d'un générateur de dent de scies à départ déclenché et pente ajustable par une tension de contrôle, un moyen de synchronisation couplé en entrée à l'induit, délivrant sur trois sorties des impur sions en synchronisme avec une phase respective, chacune des trois sorties reliée à une entrée de déclenchement du générateur de dents de scie en correspondance de phase, le moyen de synchronisation élaborant en outre la tension de contrôle fonction de la fréquence de récurrence des impulsions délivrées, et une source de tension de référence ajustable, cette tension de référence décalant les signaux de rampe sur les secondes entrées des comparateurs. L'utilisation de générateurs de rampes à pente ajustable en fonction de la fréquence assure un maintien satisfaisant de l'angle d'amorçage dans une large gamme de vitesse de rotation. La détermination précise de l'instant d'amorçage des thyristors par application d'une impulsion sur la gâchette réduit les variations aléatoires d'angle d'amorçage, qui sont les causes majeures d'instabilité. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est un schéma de régulateur selon l'invention la figure 2 représente une disposition avantageuse de montage des circuits imprimés constituant le régulateur. Selon la forme de réa1sation choisie et représentée figure 1, un alternateur 1 dans son ensemble, composé d'un inducteur à aimants permanents 10 entraSné par un moteur thermique non représenté et d'un induit triphasé fixe 11, débite sur un redresseur 2 dans son ensemble. Ce redresseur comporte trois diodes 21, 22 et 23 vers la borne positive et trois thyristors 25, 26 et 27 vers la borne négative. En outre une diode 24 est disposée dans le sens bloquant entre bornes positive et négative. Un shunt 28 est disposé en série avec la sortie négative du redresseur et une résistance tampon 29 en parallèle sur la sortie du redresseur. Les gâchettes des thyristors 25 à 27 sont attaquées à travers trois transformateurs respectivement 31, 32 et 33 par trois générateurs d'impulsions 34, 35 et 36 respectivement, qui possèdent une entrée de déclenchement 34a, 35a, 36a respectivement attaquée par des comparateurs 37, 38 et 39. Ces comparateurs reçoivent sur une première entrée une tension issue d'un amplificateur 55 dont l'entrée est branchée sur les bornes de sortie du redresseur 2. Les secondes entrées des comparateurs 37 à 39 reçoivent respectivement des tensions de rampes issues de générateurs de rampes respectivement 41, 42 et 43. Les générateurs de rampes 41 à 43 sont prévus pour engendrer des signaux en dents de scies déclenchés par une impulsion de synchronisation et la pente de la dent de scie est commandée par une tension continue de contrôle. Un tel générateur de rampes peut être constitué par une source de courant régulé par la tension de con trôle et chargeant un condensateur qui sera déchargé par les impulsions de synchronisation. Les générateurs de rampes 41, 42 et 43 sont pilotés par un générateur de synchronisation couplé aux trois phases de l'induit ll à travers des photocoupleurs 46, 47 et 48 composés chacun d'une diode électroluminescente qui reçoit la tension de phase et d'un phototransistor qui devient passant lorsqu'il reçoit la lumière émise par la diode électroluminescente. Le générateur de synchronisation 44 va émettre des impulsions sur des sorties 44b, 44c et 44d provoquées respectivement par le passage à l'état passant des phototransistors des photocoupleurs 48, 47 et 46. En outre le générateur de synchronisation élabore sur la sortie 44a une tension de contrôle proportionnelle à la fréquence de récurrence des impulsions de synchronisation.On aura compris que les impulsions de synchronisation peuvent être engendrées par des monostables déclenchés par le front avant des tensions rectangulaires délivrées par les phototransistors. L'intégration des impulsions de synchronisation dans une capacité déchargée à courant constant permet l'élabo- ration de la tension de contrôle. Toute l'électronique du régulateur est alimentée par une source d'alimentation classique 50 qui reçoit la tension entre deux phases d'induit. En outre l'alimentation 50 délivre sur une sortie 50a une tension de référence ajustable qui est envoyée au générateur de rampe pour décaler la tension de rampe proprement dite par rapport à l'origine des tensions de l'ensemble du régulateur. Le fonctionnement du régulateur peut se décrire comme suit les rampes issues des générateurs de rampes 41, 42 et 43 sont sensiblement synchronisées sur les demi-alternances positives appliquées respectivement aux thyristors 25, 26 et 27. Lorsque la tension de rampe issue d'un générateur, y compris le décalage introduit par la tension de référence, devient égale à la tension issue de l'amplificateur 55, le comparateur correspondant bascule et déclenche le générateur d'impulsions qui, à son tour, émet une impulsion d'amor çage vers la gdchette du thyristor qui peut ainsi s'amorcer. I1 en résulte que l'angle d'amorçage du thyristor est défini par le temps qui sépare l'origine de la tension de rampe du point où cette tension de rampe atteint une valeur image de la tension redressée.Si la tension image croit, l'angle d'amorçage s'accroît proportionnellement et de ce fait la tension redressée va décrotte et la stabilisation est ainsi assurée. Comme la tension de contrôle qui détermine la pente des rampes est proportionnelle à la fréquence de récurrence des impulsions de synchronisation, on comprendra qu'une variation de vitesse de rotation de l'alternateur 1 modifiant la pente des rampes résulte finalement en le maintien de l'angle d'amor çage, de sorte que le régulateur est efficace meme lorsque la vitesse de rotation de l'alternateur varie.On se souviendra que les moteurs thermiques de groupes électrogènes ont normalement un système autonome de régulation de vitesse qui possède une constante de temps élevée, en sorte que la régulation de vitesse du groupe électrogène ntest qu'approximative Pour assurer la protection du groupe électrogène contre des surcharges, le régulateur est muni d'un dispositif de protection global obtenu par le blocage des comparateurs 37, 38 et 39, simultanément sous l'effet d'une tension issue d'un sommateur 51.Une ten sion positive issue de ce sommateur 51 empoche le basculement des comparateurs par coincidence de la tension de rampe et de la tension image issue de l'amplificateur 55. Le sommateur 51 reçoit, d'une part, de l'alimentation 50 une tension élaborée sur la sortie 50b et correspondant à un minimum réglé de fréquence d'alimenta tion ; autrement dit, la sortie 50b est alimentée lorsque la fré- quence d'alimentation est inférieure à la valeur assignée. En second lieu, le sommateur 51 reçoit une tension issue d'un amplificateur 53 alimenté par un pont de thermistances schématisé en 52, ces thermistances étant à proximité des thyristors 25, 26 et 27 et en contact thermique avec ceux-ci.Lorsque la température des thyristors dépasse une valeur assignée, le signal issu du pont de thermistances 52 provoque l'apparition d'une tension positive en sortie de l'amplificateur 53. En troisième lieu, le shunt 28 traversé par le courant redressé attaque un amplificateur 54 qui, à son tour, émettra un signal à tension positive lorsque le courant dans le shunt 28 dépassera une valeur assignée. On a compris que l'apparition d'une tension de défaut au moins sur une des entrées du sommateur 51 se traduit par le blocage des comparateurs 37, 38 et 39 et de ce fait par la coupure du redressement par le pont 2. En outre on a prévu une disposition permettant la coupure du redresseur lorsque la tension de sortie atteint une valeur assignée. Cette disposition est intéressante pour la charge de batterie d'accumulateurs dans laquelle la tension de sortie est égale à la tension aux bornes de la batterie et la charge doit etre interrompue lorsque la tension aux bornes de la batterie atteint une valeur convenable, La tension de blocage correspondant à cette disposition est issue d'un amplificateur 56 monté en comparateur entre une tension assignée délivrée sur la sortie SOc de l'alimentation 50 et la tension image délivrée par l'amplificateur 55. L'interrupteur 57 permet la mise en service ou hors-service de la coupure par maximum de tension. La figure 2 représente un mode de réalisation préféré du régulateur qui vient d'être décrit. Les différents circuits, alimentation, générateur de synchronisation, générateurs de rampes sont réalisés sur une pluralité de cartes de circuit imprimé représentées en 70 et 71. Ces cartes de circuit imprimé sont munies de demi-connecteurs 64b, 67b qui viennent s'embrocher sur des demiconnecteurs complémentaires 64a, 67a montés sur une carte d'interconnexion 63. Cette carte d'interconnexion 63, munie d'une prise 62 pour la liaison avec l'alternateur et le redresseur vient se fixer dans le couvercle 61 d'un boîtier 60 qui enferme l'ensemble du régulateur. Les cartes 70 et 71 ainsi que d'autres cartes non représentées qui s'embrocheront sur les demi-connecteurs 65a et 66a sont parallèles entre elles, perpendiculaires à la carte d'interconnexion 63, en sorte de s'insérer dans des rainures longitudina- les du bolier 60. Lorsque le couvercle 61 est assujetti sur le boîtier 60 tout l'ensemble des circuits fonctionnels et d'interconnexion du régulateur est maintenu fermement et il n'existe aucun conducteur flottant. Cette disposition est intéressante car le groupe électrogène est soumis à de fortes vibrations et les connexions de conducteurs flottants sont soumises à une fatigue qui risque de les mettre hors-service prématurément. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution. REVESDICATIONS 1. Régulateur de tension de sortie de groupe électrogène constitué d'un alternateur à induit triphasé avec un inducteur à aimants permanents entraîné par un moteur et d'un redresseur en pont mixte à thyristors sur le négatif et diodes sur le positif, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison trois moyens d'amor çage affectés chacun à un thyristorde phase et comprenant un générateur d'impulsions d'amorçage couplé à la gâchette du thyristor et débloqué par un état d'un comparateur à deux états avec deux entrées, une première recevant une tension image de la tension de sortie du redresseur, et la seconde un signal de rampe issu d'un générateur de dent de scies à départ déclenché et pente ajustable par une tension de contrôle, un moyen de synchronisation couplé en entrée à l'induit, délivrant sur trois sorties des impulsions en synchronisme avec une phase respective, chacune des trois sorties reliée à une entrée de déclenchement du générateur de dents de scie en correspondance de phase, le moyen de synchronisation élaborant en outre la tension de contrôle fonction de la fréquence de récurrence des impulsions délivrées, et une source de tension de référence ajustable, cette tension de référence décalant les signaux de rampe sur les secondes entrées des comparateurs. 2. Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de synchronisation est couplé à l'induit par l'intermédiaire de photocoupleurs à diodes électroluminescentes et phototransistors. 3. Régulateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de synchronisation comporte un intégrateur recevant les impulsions de synchronisation et élaborant la tension de contrôle. 4. Régulateur selon une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de protection comprenant des capteurs élaborant des tensions de défaut et un sommateur élaborant un signal dtinhibition bloquant les comparateurs en réponse aux tensions de défaut. 5. Régulateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les capteurs de défaut comprennent un shunt sur le courant redressé, une thermistance en contact thermique avec les thyristors, et un capteur de fréquence d'alternateur délivrant un signal de défaut en réponse à une fréquence inférieure à un minimum. 6. Régulateur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur de tension à seuil ajustable. 7. Régulateur selon une quelconque des revendications 1 à 6, réalisé sur une pluralité de cartes de circuits imprimés équipées de demi-connecteurs de liaisons sur un bord, caractérisé en ce que lesdits demi-connecteurs viennent s'embrocher sur des demi-connecteurs complémentaires montés sur une carte d'interconnexion fixée au couvercle d'un boîtier en sorte que les cartes de la pluralité s'engagent dans le boîtier parallèles entre elles et perpendiculaires à la carte d'interconnexion.