Brevet FR2460067A1 — publié le 19810116

La présente invention concerne les systmes de transmission de l'énergie électrique en courant continu et en courant alternatif, fonctionnant & différents régimes et alimentant divers consommateurs d'énergie électrique, et a notamment pour objet une source d'énergie électrique. L'invention peut être utilisée dans les systèmes d'alimentation en énergie électrique employés dans les équipements aussi bien fixes que mobiles : avions,hélicoptère automobiles, tracteurs, navires, etc. On connaît les sources d'énergie électrique réalisées A base d'une génératrice & courant continu avec un régulateur de tension impulsionnel dont le régulateur de courant est inséré dans le circuit de l'enroulement d'excitation. Ladite source d'énergie électrique comporte également une diode 8 semi-conducteurs qui shunte l'enroulement d'excitation de la génératrice et qui supprime les surtensions sur le régulateur de courant du régulateur de tension impulsionnel.Le régulateur de tension, en fonction de la valeur et du signe de l'écart de la tension de la génératrice par rapport Q la tension étalon, ouvre ou ferme le circuit de l'enroulement d'excitation de la génératrice en régulant, en coopération avec la diode, l'intensité du courant d'excitation et la tension de la génératrice. Une telle source d'énergie électrique est caractérisée par un temps prolongé du processus transitoire d1établissenmt de la tension et par de forts écarts de tension par rapport à la valeur nominale, se produisant au moment du débranchement des consommateurs d'énergie électrique de la source d'énergie électrique et d'une brusque augmentation de la vitesse de rotation de l'induit de la génératrice. Ceci est dfl à l'absence d'actions quelconques sur les processus transitoires de diminution du courant dans l'enroulement d'excitation servant d'élément de commande de la génératrice.Les processus de diminution du courant dans l'enroulement d'excitation ne sont dus qu'aux paramètres de l'enroulement d'excitation et de la diode qui le shunte. Les facteurs énumérés sont un inconvénient de la source d'énergie électrique, car la longue durée des écarts de la tension, comme d'ailleurs les écarts de tension eux-mêmes, perturbent le fonctionnement normal et calculé des consommateurs d'énergie électrique. Outre cela, la présence de grands écarts de tension prolongés de la génératrice dans le système électrique réduit sa fiabilité. Sa durée de service, rend plus compliquée sa construction, augmente sa masse et son encombrement par suite de l'installation de dispositifs de protection auxiliaires. Ledit inconvénient est supprimé dans les sources d'énergie électrique qui comportent une source d'action supplémentaire sur les processus de diminution du courant dans l'enroulement d'excitation. La source d'action supplémentaire accélère le processus de diminution du courant dans l'enroulement d'excitation, en aidant & réduire la durée des processus transitoires de réduction des écarts de tension. I1 existe également des sources d'énergie électrique qui comportent une génératrice de courant continu, un régulateur de tension impulsionnel dont le régulateur de courant est inséré dans le circuit de l'enroulement d'excitation de 1a génératrice, une diode 9 semi-conducteurs qui shunte l'enroulement d'excitation de la génératrice et une résistance additionnelle mise en parallèle avec la diode. Le régulateur de courant de l'enroulement d'excitation, étant une partie constitutive du régulateur de tension impulsionnel, est du type transistorisé. La tension sur la résistance additionnelle qui apparaît lors du passage du courant d'excitation dans le circuit de la diode est une source d'action supplémentaire pour accélérer le processus de décroissance dudit courant d'excitation. Sur les bornes de sortie d'une telle source d'énergie électrique, sur lesquelles sont branchés l'enroulement d'excitation et le régulateur de courant du régulateur de tension impulsionnel, il se produit, en régimes stationnaires, des auto-oscillations, et, durant les processus transitoires, des surtensions impulsionnelles dont la valeur peut dépasser des dizaines de volts et plus. Les surtensions impulsionnelles surgissent durant le blocage du régulateur de courant du régulateur de tension impulsionnel, c'est- & dire & l'ouverture du circuit de l'enroulement d'excitation.En même temps, l'enroulement d'excitation est attaqud par une tension supplémentaire qui est simultanément appliquée à l'électrode de sortie du régulateur de courant bloqué relié électriquemait 9 l'enroulement d'excitation. Ainsi, le régulateur de courant bloqué se trouve soumis à l'action d'une tension égale à la somme de la tension nominale de la source d'énergie électrique, de la surtension impulsionnelle et de la tension supplémenlaloe sur la résistance additionnelle.Ceci aboutitàun accroissement de la puissance dissipée dans le régulateur de courant du régulateur de tension, à une augmentation du temps de son blocage et au fonctionnement du régulateur de courant à des régimes dangereux, parce que les transistors du régulateur de courant ne permettent même pas des surtensions de courte durée entre leurs prises à l'état bloqué, par suite des risques de claquage irréversible. L'efficacité de l'action de la résistance additionnelle est inversement proportionnelle à la valeur de sa résistance. Ceci affecte notablement les rapports énergétiques du régulateur de courant fonctionnant en régime de clé et crée en même temps des conditions dangereuses de fonctionnement dudit régulateur de courant. Dans ce cas, le régulateur de courant fonctionne en régime périodique de commutations à haute fréquence, ce qui amplifie l'action desdits facteurs négatifs, perturbe les conditions de sécurité du fonctionnement de toute la source d'énergie électrique et réduit sa fiabilité. D'autre part, afin d'assurer la sécurité du fonctionnement du régulateur de courant, il faut diminuer la valeur de la résistance additionnelle, ce qui diminue l'efficacité de son action durant les processus transitoires de la source d'énergie électrique au moment du débranchement des consommateurs et lors d'une brusque accélération de la vitesse de rotation de l'induit de la génératrice. L'invention vise donc une source d'énergie électrique dont le montage permettrait de réduire la durée des processus transitoires tout en diminuant les écarts de la tension de la source d'énergie électrique par rapport à la valeur nominale au moment du débranchement des consommateurs et d'une brusque augmentation de la vitesse de rotation de l'induit de la génératrice, d'élever la fiabilité et d'améliorer les rapports énergétiques de la source, d'augmenter la durée de son service. Ce problème est résolu & l'aide d'une source d'énergie électrique dont l'enroulement d'excitation de la génératrice est shunté par une diode et une résistance mises en série, caractdrisée,suivant l'invention, en ce qu'elle comporte également un condensateur mis en parallèle avec la résistance. L'utilisation de la source d'énergie électrique propose permet le fonctionnement en toute sécurité du régulateur de tension impulsionnel, l'amélioration de la fiabilité de la source d'énergie électrique et l'augmentation de sa durée de service. Outre cela, on observe une amélioration des rapports énergétiques de la source d'énergie électrique, ce qui élève son rendement. Le condensateur mis en parallèle avec la résistance de la source d'énergie électrique agit simultaninot sur le processus de décroissance du courant dans l'enroulement d'excitation, et réduit ainsi la durée des processus transitoires de décroissance de la tension dans la source d'énergie électrique. Ceci améliore le fonctionnement des consommateurs d'énergie électrique dans le système électrique "systbse d'alimentation en énergie électrique- consommateur d'énergie électrique", relève la fiabilité du système tout entier et augmente la durde de son service. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux & la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec références au dessin unique non limitatif annexé qui représente un schéma électrique équivalent de la source d'énergie électrique conforme à l'invention. La source d'énergie électrique proposée comporte une génératrice de courant continu 1 dont le schéma équivalent représente un circuit d'induit 2 et un enroulement d'excitation 3 ayant chacun une borne électriquement relide a une barre négative 4 d'alimentation électrique. L'autre borne du circuit d'induit 2 est branchée sur une barre positive 5 d'alimentation électrique. L'autre borne de l'enroulement d'excitation 3 est électriquement reliée à la barre 5 à travers un régulateur de tension impulsionnel 6. Le régulateur de tension impulsionnel 6 est constitué par un instrument de mesure, un amplificateur branché sur la sortie de l'instrument de mesure et un régulateur de courant (non représenté sur le dessin) inséré dans le circuit de l'enroulement d'excitation 3 est branché par son entrée sur la sortie de l'amplificateur. Le régulateur de courant du régulateur de tension impulsionnel 6 peut utiliser un transistor composite afin de réaliser l'amplification en puissance. L'amplificateur du régulateur de tension impulsionnel 6 peut être réalisé en modulateur de durée d'impulsions. Le régulateur de tension impulsionnel 6 peut être réalisé suivant tout procédé connu. Le régulateur de courant du régulateur de tension impulsionnel 6 a deux états stables, dont l'un ferme et l'autre ouvre le circuit de l'enroulement d'excitation 3.L'enroulement d'excitation 3 est shunté par une diode & semi-conducteurs 7 et une résistance 8 mises en série. La source d'énergie électrique comporte également un condensateur 9 mis en parallèle afin d'élever la fiabilité, la rapidité et d'améliorer les rapports énergétiques de la source d'énergie électrique. Le circuit équivalent du circuit d'induit 2 est constitué par une source 10 de force électromotrice et une résistance interne Il active-inductive. La source d'énergie électrique fonctionne de la façon suivante. Lorsque le circuit de l'enroulement d'excitation 3 est fermé, il est branché sur la barre positive 5 de la source. Ceci assure une auto-excitation sure de la généra triode 1. Au moment t0 = O où la tension de la source atteint une certaine valeur U1, le circuit de l'enroulement d'excitation 3 s'ouvre et, sous l'action de la force électromotrice d'auto-induction, le courant d'excitation passe dans le circuit de la diode 7 de shuntage. A partir de ce moment, l'intensité du courant d'excitation i commence à décroître conformément à l'équation : di L1 = - [R1i + U2 (t)], (1) dt où L1, R1 sont les paramètres de l'enroulement d'excitation 3; i est le courant dans l'enroulement d'excitation 3; U2 est la tension au condensateur 9; t est le temps actuel. De l'équation (1) il découle que la vitesse de diminution du courant d'excitation dépend de la tension U2 an condensateur 9. La résolution de l'équation (1) lorsque se trouve remplie la condition 4L1CR2 7 (R1CR - L1 ) 2 (2) où R est la valeur de la résistance 8 qui présente un caractère oscillatoire et a la forme suivante U2(0) - (I1(# L1-R1) i(t)=# I,cos#t - sin#t # e - #t (3) L1 # 0 #t# t1; où I1 est la valeur initiale du courant d'excitation au moment de l'ouverture du circuit d'excitation par le régulateur de tension 6;; U2(0) est la tension initiale au condensateur 9 au moment to = (L1 + R1CR)/ 2L1CR est la partie imaginaire de l'équation caractéristique pour le courant d'excitation i; est la partie rdelle de l'équation caractéristique pour le courant d'excitation i; t1 est le temps de décroissance du courant d'excitation jusqu'au moment de la fermeture du circuit de l'enroulement d'excitation 3. La tension au condensateur 9 croit dans ce cas de la valeur initiale U2 (o) conformément à l'équation U2(t) ={ U2(0) cos#t + [ (R1-#L1). U2(0) - I1 (#L1-R1) (4) + L1# tI1# sin#t#e-#t; L1# 0#t#t1 jusqu'à une certaine valeur U2(t1) à laquelle la tension décroissante de la source atteint une certaine valeur tJ @ à laquelle l'enroulement d'excitation 3 se branche sur la barre 5 de la source d'énergie électrique. Dans l'intervalle t2 de l'autoUexcitation de la génératrice 1, le courant i ne passe pas par la diode 7 et le condensateur 9 se décharge à travers la résistance 8 et la tension audit condensateur diminue conformément h l'équation : t-t t-t U2(t) = U2(t1)t ; t1 # t - t1 + t2 (5) où # = RC est la constante de temps du circuit de décharge jusqu'à la valeur U2 (O). Par un choix approprié des valeurs de R et C on fait sorte que la valeur de la tension U2(0) soit suffisamment petite. En ce cas, la tension sur les bornes du régulateur de tension 6 durant l'ouverture du circuit de l'enroulement d'excitation 3 est définie par le rapport U4= U5 + # U + U2(0)#U5 + # U ; (6) 0 # t # #t# t1 où U4 est la tension entre les bornes du régulateur de tension 6; U5 est la tension nominale de la source; # U est la surtension impulsionnelle apparaissant aux barres 4, 5 durant l'ouverture du circuit de l'enroulement d'excitation 3, parce que durant le temps # t d'ouverture mesuré en microsecondes, la tension xU2(0)#0 # sur le condensateur 9 ne subit pas de variations sensibles. L'augmentation ultérieure de la tension sur le condensateur 9, conformément à l'équation (4), a lieu en l'absence de surtensions impulsionnelles au. Ainsi se trouvent remplies les conditions d'un fonctionnement str du régulateur de tension iapulsionnel 6 et réduite la puissance dissipée dans celui-ci. L'accroissement de la tension sur le condensateur 9, conformément à l'équation (4), augmente la vitesse de décroissance du courant dans l'enroulement d'excitation 3, ce qui découle de l'équation (1). Ce facteur accélère le processus de diminution du courant d'excitation et, par conséquent, de la tension de la source d'énergie électrique. Ainsi se trouve réduite la durée des prooe ssus transitoires de la dé- croissanoe de la tension de la source enrégime stationeire d'auto-@sicillations de la tension. En général, la valeur de la tension U2(0) sur le condensateur 9 est déterminée & l'aide du rapport U2 (o) ~ U6- (U5 + # U), (7) où U6 est la valeur de la tension limite admissible entre les bornes du régulateur de tension impulsionnel 6. Les surtensions impulsionnelles # U dans ces sources peuvent atteindre de grandes valeurs de dizaines et de centaines de volts, dangereuses pour les régulateurs de tension impulsionnel 6 bien qu'elles n'agissent que durant de brefs intervalles de temps. De la même façon, la source d'énergie électrique fonctionne durant les processus transitoires de la diminution de la tension lors du débranchement des consommateurs et d'une brusque augmentation de la vitesse de rotation de l'induit (non représenté sur le dessin) de la génératrice 1. Dans ce cas, le circuit de l'enroulement d'excitation 3 est ouvert et la source est le siège des processus décrits conformément aux équations (1), (3) et (4), avant l'éta- blissement d'un nouveau régime d'auto-oscillations de la tension de la source d'énergie électrique. Le condensateur 9 mis en parallèle avec la résistance 8 de la source d'énergie électrique assure une réduction de 2 à 3 fois de la durée des processus transitoiBs de diminution de la tension sur les barres 4 et 5 en régimes transitoires de la source d'énergie électrique, en même temps qu'un fonctionnement sans danger du régulateur de tension impulsionnel 6. De plus, on observe un accroissement de la fiabilité et de la durée de service du régulateur de tension impulsionnel 6 et de la source d'énergie électrique. Comme le condensateur est simple et fiable et qu'en outre cEst un élément largement utilisé et bon marché de l'électrotechnique, la fabrication de la source d'énergie proposée et son utilisation n'exigent pas de grandes dépenses. 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 Source d'énergie électrique du type dont l'enroulement d'excitation de la génératrice est shunté par une diode et une résistance mises en série, caractérisée en ce qu'elle comporte également un condensateur mis en parallèle avec ladite résistance.