Brevet FR2460004A1 — publié le 19810116

La présente invention concerne les dispositifs de réglage et de stabilisation de la tension des générateurs de courant continu et alternatif, et a notamment pour objet un dispositif de réglage de la tension des génératrices. La présente invention peut Outre utilisée en particulier dans les systèmes d'alimentation électrique employds sur les avions, hélicoptères, automobiles, tracteurs et autres matériels. On connais bien les régulateurs de tension & semiconducteurs pour les génératrices de courant continu, qui fonctionnent en régime de commutation & deux positions et qui comportent un instrument de mesure pour déterminer l'écart de la tension de la génératrice par rapport & une tension étalon, réalisé sous la forme d'un pont non linéaire utilisant une diode à semi-conducteurs de stabilisation de tension, une résistance et un transistor. Ledit régulateur de tension comporte également un régulateur de courant inséré dans le circuit de l'enroulement d'excitation de la génératrice et transistorisé, ainsi que des éléments correcteurs qui assurent un blocage sûr des transistors du régulateur de courant.Le régulateur de courant est électriquement relié & l'instrument de mesure. Ledit régulateur de tension comporte également une résistance variable additionnelle ou un circuit de différentiation constitué par un condensateur et une résistance pour accélérer les processus de commutation du régulateur de courant. La résistance additionnelle ou le circuit de différentiation inséré entre la sortie de l'instrument de mesure et la sortie du régulateur de courant. Un tel régulateur de tension est caractérisé par une faible sensibilité parce que l'instrument de mesure utilisé a un gain relativement faible et est sensible. Par conséquent, il est difficile d'obtenir une amplitude suffisamment faible et une fréquence d'auto-oscillations suffisamment grande, ainsi qu'un maintien précis de la tension régulée dans le système électrique "ge'nératrice-consommateur d 'énergie électrique". Ledit inconvénient est supprimé dans les dispositifs de réglage de tension comportant des ampltficateus différentiels. Il existe également un dispositif de réglage de tension d'une génératrice, qui comporte un instrument de mesure, un amplificateur différentiel dont l'entrée est branchée sur la sortie de l'instrument de mesure, un transistor de commande et un régulateur de courant inséré dans le circuit de l'enroulement d'excitation de la génératrice et dont l'entrée est électriquement reliée au collecteur du transistor de commande. L'instrument de mesure est réalisé sous la forme d'un pont non linéaire utilisant une diode à semi-conducteurs de stabilisation de tension et des résistances. L'amplificateur différentiel est branché par ses bornes d'entrée aux bornes de sortie de l'instrument et est transistorisé. Le régulateur de courant est également transistorisé.L'émetteur du transistor de commande est branché sur une barre négative commune du dispositif par rapport à laquelle est formé un signal de commande dudit transistor, alors que sa base est branchée sur l'une des sorties de l'amplificateur différentiel. Un tel dispositif ne crée pas les conditions nécessaires pour un blocage actif du transistor de commande, parce que le signal de commande de ce transistor est formé par une sortie de l'amplificateur différentiel parrapport à la barre commune du dispositif. C'et pour-uoi, jz-ndamm de 2a polarité du signal différentiel d'entrée de commande de l'amplificateur différentiel son signal de commande de sortie dans tous les régimes de fonctionnement est unipolaire (positif). La présence d'un signal de commande unipolaire entraine un blocage ralenti et incomplet du transistor de commande.Outre cela, le gain de l'amplificateur différentiel, égal au rapport du signal & une sortie au signal d'entrée, est inférieur au gain égal au rapport du signal entre deux sorties au même signal d'entrée. L'amplificateur différentiel fonctionne dans ce cas en régime asymétrique où un transistor supporte des charges plus grandes que l'autre. Ceci entraîne un affaiblissement de la sensibilité de tout le dispositif, un blocage ralenti et incomplet du régulateur de courant et, par conséquent, affecte les paramètres énergétiques du dispositif, qui sont des indices qualificatifs essentiels des dispositifs fonctionnant en régime de commutation. Ces facteurs réduisent également la fiabilité et la stabilité du dispositif de réglage de la tension. L'invention vise donc un dispositif de réglage de la tension d'une génératrice, dont le montage permettrait d'augmenter la fréquence et de réduire l'amplitude des auto-oscillations de la tension régulée du système électrique "source d'énergie électrique - récepteur", d'augmenter la précision de la stabilisation de la tension dans la gamme de variation de la charge, d'élever la fiabilité et la durée de service du système d'alimentation électrique, ainsi que d'améliorer les paramètres énergétiques. Ce problème est résolu & l'aide d'un dispositif de réglage de la tension d'une génératrice, qui comporte un. instrument de mesure pour déterminer l'écart de tension de la génératrice par rapport & une tension étalon, un amplificateur différentiel branché sur la sortie de l'instrument de mesure, un transistor de commande dont la base et l'émetteur sont électriquement reliés & l'ampliti- cateur différentiel, et un régulateur du courant dans l'enroulement d'excitation de la génératrice, relié électriquement au collecteur du transistor de commande, ledit dispositif de réglage étant, suivant l'invention, caractérisé en ce que la base et l'émetteur du transistor de commande sont branchés sur les sorties de l'amplificateur différentiel, qui fournissent un signal de deux polarités. L'utilisation du dispositif de réglage de tension proposé permet de réduire l'amplitude et d'augmenter la fréquence des auto-oscillations de la tension dans le système électrique, ainsi que d'élever la précision de stabilisation de la tension de la génératrice dans différents régimes de fonctionnement. En outre, un tel dispositif permet d'augmenter la fiabilité et la durée de service du dispositif de réglage de tension, ainsi que d'améliorer ses paramètres énergétiques. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement & titre d'exemple non limitatif, avec références au dessin unique non limitatif annexé dans lequel Le dispositif 1 proposé de réglage de la tension d'une génératrice comporte un instrument de mesure 2 pour déterminer l'écart de la tension de la génératrice par rapport à une tension étalon, un amplificateur différentiel 3 relié électriquement & la sortie de l'instrument de mesure 2 et & un transistor npn de commande 4, ainsi qu'un régulateur de courant 5 dont l'entrée est branchée sur le collecteur du transistor 4.L'instrument de mesure 2 est constitué par deux bras dont l'un est non linéaire et est constitué par un transistor 6, une résistance 7 insérée dans le circuit du transistor 6, des résistances 8 et 9 mises en série dont le point commun est relié, à travers un régulateur de tension 10, à la base du transistor 6, et une résistance 11 insérée entre la base et l'émetteur de ce dernier. L'autre bras de l'instrument de mesure est linéaire et se présente sous la forme d'un diviseur de tension constitué des résistances 12 et 13 mises en série. Les deux bras de l'instrument de mesure 2 sont branchés entre une barre positive 14 et une barre négative 15 d'alimentation d'une génératrice 16. L'amplificateur différentiel 3 est constitué de transistors 17 e t 18 dont les émetteurs sont réunis et sont électriquement reliés, & travers une résistance 19, & la barre 14, alors que leurs collecteurs sont reliés & travers les résistances 20 et 21, respectivement, à la barre 15. La base du transistor 17 est branchée sur le collecteur du transistor 6 et à la base du transistor 18, sur le point milieu des résistances 12 et 13 de l'instrument de mesure 2. Une telle connexion de la base et de l'émetteur du transistor de commande 4 permet d'utiliser pour la commande de ce dernier un signal de deux polarités ainsi qu'un signal de sortie plus fort del'amplificateur différentiel 3 et de charger d'une façon plus uniforme ses transistors 17 et 18.Sur le collecteur du transistor de commande 4 est branchée l'entrée du régulateur de courant 5. Le régulateur de courant 5 est constitué par un transistor 23 dont le circuit de base comporte un circuit accélérateur qui contient un condensateur 24 et une résistance 25 mis en parallèle. La jonction base-émetteur du transistor 23 est shuntée par une diode 26 pour obtenir un fonctionnement sur du transitor 23. Entre le collecteur du transistor 4 et la barre 14 est branchée une résistance 27 du régulateur de courant 5. Entre la barre 14 et l'émetteur du transistor 23 est branchée une diode 284 Entre la jonction collecteurémetteur du transistor 23 et la barre 15 est branché l'enroulement d'excitation 30 de la génératrice 16, shunté par une diode 31.Le circuit constitué par la diode 28, la résistance 29 et l'enroulement d'excitation 30 assure une bonne auto excitation de la génératrice 16 durant sa mise en marche et un bon blocage du transistor 23 & l'état débranché. Le transistor 25 peut dtre réalisé composite afin d'obtenir l'amplification en puissance. La diode de chantage 26 stalibilise la tension à la base du transistor 23 non conducteur et assure son bon fonctionnement. Le transistor de commande 4 fonctionne en régime de commutation et convertit le signal de sortie de deux polarités de l'amplificateur différentiel 5 en un signal de commande du régulateur de courant 5. Les barres 14 et 15 d'alimentation électrique du dispositif 1 sont branchées sur les bornes de sortie de la génératrice 16, dont le circuit équivalent du circuit d'induit est constitué par une source 32 de force électromotrice de courant continu et une résistance interne 33. Outre cela, la génératrice 16 comporte l'enroulement d'excitation 30. Le dispositif de réglage de tension 1 de la génératrice fonctionne de la façon suivante. La présente d'une force électromotrice rzsiduelle E o de la génératrice 16 de l'ordre de 0,3 à 18 V suffit pour l'auto-excitation de la génératrice lors de la rotation de son induit (non représenté sur le dessin) à une certaine vitesse. Dans ce cas, le courant initial d'excitation dans l'enroulement d'excitation 30 passe dans le circuit par la diode 28 et la résistance 294 Le bras non linéaire de l'instrument de mesure 2 est réalisé de façon qu'en présence d'une tension de la génératrice 16 inférieure h une certaine valeur U1 ( tension d'ouverture de ltenroulement d'excitation 30), le régulateur de tension,10 soit non conducteur. Le transistor 6 est non conducteur et le potentiel sur son collecteur est égal-au potentiel de la barre 15. En même temps, la tension sur' la résistance 13 du bras linéaire de l'instrument de mesure 2 est porportionnelle & la tension de la génératrice 16 et croit lors de l'auto-excitation de cette dernière. La différence négative de tension sur la rdsis- tance 7 et sur la résistance 13 est amplifiée et inversée par l'amplificateur différentiel 3. Ainsi, entre la base et émetteur du transistor de commande 4 apparaît une tension positive qui met le transistor 4 à l'état actif.Par le circuit des résistances 21 et 27 commence à passer un courant qui crée une tension à la résistance 27 mettant le transistor 23 du régulateur de courant 5 & l'état actif. La -résistance de sortie du transistor 23 diminue et shunte la résistance 29. Le courant dans l'enroulement d'excitation 30 croit, ce qui entraîne un accroissement de la force dlectro- motrice E0 de la génératrice 16 et de la tension entre les barres 14 et 15. Le processus d'auto-excitation de la génératrice 16 continue sans s'interrompre et sa tension croft. En même temps, croit la différence des tensions aux résistances 7 et 13, et le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 3 croit lui aussi. A une certaine valeur du signal de sortie de l'amplificateur différentiel 3, le transistor de commande 4 se trouve saturé. Alors, sous l'action du signal accru sur la résistance 27, le transistor23 se trouve également saturé et sa résistance de sortie devient pratiquement nulle. La résistance directe de la diode 28 est faible, c'est pourquoi presque toute la tension de la génératrice 16 est appliquée à l'enroulement d'excitation 30. Ensuite se produit l'auto-excitation de la génératrice 16, lors de laquelle la vitesse d'accroissement de sa tension n'est déterminée que par les paramètres de la génératrice 16 et par sa vitesse de rotation. La résistance 22 limite le courant de base du transistor de commande 4 pour rendre sûr son fonctionnement en régime de commutation. Comme les transistors 17 et 18 sont chargés d'une façon plus uniforme, l'amplificateur différentiel 3 fonctionne en régime symétrique. Ensuite, lorsque la tension de la génératrice 16 atteint une valeur U1, le régulateur de tension 10 de l'instrument de mesure 2 devient conducteur et la base du transistor 6 est attaquée, & travers la résistance 11, par une tension sous l'action de laquelle le transistor 6 passe brusquement à l'état de saturation. Dans ce cas, la tension sur la résistance 7 augmente rapidement de la valeur nulle à la tension U1 de la barre 14. Ladite tension U1 est supérieure à la tension sur la résistance 13 du bras linéaire de l'instrument de mesure 2. Par conséquent, la différence négative des tensions sur les résistances 7 et 13 change de polarité et devient positive. Le signal différentiel positif entre les résistances 7 et 13 est amplifié et inversé par l'amplificateur différentiel 3 de façon à obtenir un signal négatif de commande du transistor 4.Sous l'action du signal négatif entre la base et l'émetteur, le transistor de commande 4 se trouve bloqué, ceci provoque une diminution par bond de la valeur absolue de la tension sur la résistance 27 Jusqu'd zéro. Le transistor 23 est immédiatement bloqué et, sous l'action de la force électromotrice d'auto-induction, le courant dans l'enroulement d'excitation 30 se dirige dans le circuit de la diode 31 et commence & décroître & partir de ce moment. La tension sur la diode 28 maintient d'une façon sûre le transistor 23 à l'état bloqué et aide & diminuer les pertes de ce dernier. Dans ce cas, il se produit un blocage actif du transistor 23. La diminution du courant dans ltenroulement d'excitation 30 entraîne la diminution de la tension de la génératrice 16. Lorsque la tension de la génératrice 16 diminue Jusqu'à une certaine valeur U2 (tension de fermeture du circuit d'enroulement d'excitation 30), le transistor 23 du régulateur de courant 5 se trouve bloqué. Lorsque la tension de la génératrice 16 atteint la valeur U2, le régulateur de tension 10 devient non conducteur et provoque l'accroissement de la tension sur la base du transistor 6 par rapport à son émetteur Jusqu'd zéro. Le transistor 6 se bloque, ce qui provoque le changement de la polarité et de la valeur de la différence des tensions entre les résistances 7 et 13 en une valeur négative qui est convertie & la sortie de l'amplificateur différentiel 3 en une valeur positive de tension. Le transistor de commande 4 se trouve saturé et la tension sur la résistance 27 prend une valeur qui met le transistor 23 à l'état de saturation. L'enroulement d'excitation 30 se branche sur la barre 14 et cette dernière se trouve attaquée par la tension U2 de la génératirce 16. Ensuite, dans le système a lieu une répétition du processus décrit d'excitation de la génératrice 16, un accroissement de la tension Jusqu'à la valeur U2 et le fonctionnement du dispositif 1. Ainsi, le dispositif fonctionne en régime de commutation périodique du transistor 23 et le système devient le siège d'un processus périodique d'accroissement et de diminution de latension processus d'auto-oscillations de la tension par rapport à la tension étalon imposée par le régulateur de tension 10 de l'instrument de mesure 2. Le processus d'auto-oscillations a un caractère stable. L'amplitude des auto-oscillations, égale à la différence des tensions, est déterminée par la sensibilité du dispositif 1 et dépend essentiellement du gain de l'amplificateur différentiel 3. Le blocage actif du transistor 4 par un signal amplifié améliore les rapports énergétiques du dispositif 1 par suite de la diminution des pertes de puissance dans le transistor 4 et dans le régulateur de courant 5 et assure un blocage plus rapide des transistors 4 et 23. A l'apparition d'écarts de tension de la géndratrice16 par rapport à la tension étalon sur le régulateur de courants dus aux commutations dans le circuit du système électrique ou h la variation de la vitesse de rotation de l'induit de la génératrice 16, le dispositif fonctionne comme décrit et met automatiquement le transistor 23 du régulateur de courant 5 à l'état auquel diminue la valeur de l'écart de tension de la génératrice 16. Après cela, le dispositif 1 revient à un nouveau régime d'auto-oscillations qui établit dans l'enroulement d'excitation 30 une nouvelle valeur du courant. Ainsi, le dispositif 1, en commutant périodiquement le circuit de l'onroulement d'excitation 30, règle la valeur du courant dans ce dernier et règle ainsi la valeur de la tonsion de la génératrice 16 dans différents régimes de fonctionnement par rapport à la tension étalon donnée. L'invention proposée permet d'obtenir une amplitude d'auto-oscillations mesurée en dixièmes de volts et une fr@quence mesurée on unités de silohertz dans différents régimes de fonctionnerent de @@ génératrice 16. La précision de la stabilisation de la @@@slon est dans les limites de 1 à 2%. Le temps de commutation du transistor 23 du régulateur de courant 5 est dans les limites de 1 à 5 s. Outre cela se trouve assurée l'amélioration de la fiabilité et du rendement du dispositif 1. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la revendication qui suit. REVENDICATION Dispositif de réglage de la tension d'une génératrice, du type comportant un instrument de mesure pour déterminer l'écart de la tension de la gdrératrice par rapport à une tension étalon, un amplificateur différentiel branché sur la sortie de l'instrument de mesure, un transistor de commande dont la base et l'émetteur sont électriquement reliés à l'amplificateur différentiel, et un régulateur du courant dans l'enroulement d'excitation de la génératrice, relié électriquement au collecteur du transistor de commande, caractérisé en ce que la base et l'émetteur du transistor de commande sont reliés aux sorties de l'amplificateur différentiel, qui fournissent un signal de deux polarités.