Brevet FR2481016A1 — publié le 19811023

La présente invention concerne les circuits d'alimentation des réseaux électriques et a notamment pour objet un stabilisateur de courants de charge et de décharge d'accumulateurs. L'invention peut outre appliquée avec la plus grande efficacité à la formation et aux essais des accumulateurs lors de leur fabrication. L'invention peut aussi etre appliquée & l'automatisation de la gestion de divers processus technologiques, notamment pour convertir des signaux électriques de capteurs en déplacements mécaniques d'organes exécutifs de commande. Les difficultés de stabilisation du courant de charge ou de décharge sont dues au fait que la plupart des accumulateurs modernes sont utilisés & des régimes de travail différents. Le courant de décharge dans les limites d'un seul cycle peut alors varier de plusieurs ordres. Pour cette raison les essais des accumulateurs pendant leur fabrication doivent être menés à des régimes analogues. Il est à noter que la décharge de chaque accumulateur pendant les essais de vérification est effectuée jusqu'à un potentiel résiduel d'un volt environ, après quoi on met l'accumulateur hors circuit. Aux moments de débranchement, dans le circuit ont lieu des variations brusques du courant, alors que pendant la charge et la décharge des accumulateurs le courant dans ledit circuit varie de façon monotone. Vu ces variations de courant de caractère différent, il est nécessaire d'insérer dans le circuit de charge et de décharge un stabilisateur de courant suffisamment sensible aux variations monotones du courant et possédant une réponse rapide aux variations de courant par bonds brusques. Etant donné que les stabilisateurs existants sont dépourvus, dans leur majorité, des qualités mentionnées et ne peuvent fonctionner que dans une gamme restreinte d'intensités de courant, et sont compliqués et peu fiables, dans la production des accumulateurs on utilise généralement, pour stabiliser le courant, des redresseurs avec des régulateurs de courant à curseurs à commande manuelle. On connaît un dispositif automatique pour la stabilisation de courants de charge et de décharge d'accumulateurs, comportant un transformateur à noyau allongé portant un enroulement immobile et un enroulenent mobile. Pour la stabilisation du courant dans un tel dispositif, on a recours à l'action dynamique de la rEac- tance de l'enroulement mobile du transformateur qui varie lors du déplacement de cet enroulement le long du noyau. La gamme de courants à stabiliser ne peut être réglée que d'une valeur faible, alors que la seule méthode appliquée au régalage conaiste à modifier le poids de la bobine mobile, ce qui limite l'application de tels stabilisateurs aux bancs d'essais appropriés pour la formation de chaque type d'accumulateur et pour un seul réglie de travail. En outre, ces stabilisateurs sont d'un rendement réduit, car 20% de l'énergie consommée sont absorbés par la création de l'effet dynamique de stabilisation. On connaît aussi des stabilisateurs possédant un système électronique de commande du redresseur par position d'impulsions. Parmi ces derniers, le plus proche, d'aprbs sa conception, du stabilisateur conforme à l'invention, est un stabilisateur de courants de charge et de décharge comportant un redresseur associé à un élément de commande et mis en série avec un circuit de charge et de décharge comprenant un commutateur et des accumulateurs, et un système de commande du redresseur constitué d'un dispositif de consigne de courant et d'un capteur de courant reliés au circuit de charge et de décharge. Le système de commande du redresseur dans ce stabilisateur est un système de commande par position d'impulsions comprenant un transistor de réglage, un amplificateur de courant continu, des filtres, une source de courant de référence et un redresseur à thyristors. Le système de commande par position d'impulsions n'assure pas une gamme suffisamment large de courant stabilisé, car les limites de stabilisation dépendant des caractéristiques électroniques des éléments de réglage De ce fait, on doit prévoir un grand éventail de bancs d'essai d'accumulateurs pour des régimes de courant de travail différents. L'invention vise un stabilisateur de courants de charge et de décharge d'accumulateurs, dont la réalisation constructive du système de commande du redresseur permet- trait de stabiliser l'intensité du courant dans une large gamme tout en rendant possible l'assemblage de bancs d'essai polyvalents utilisables pour la formation des accumulateurs et pour les essais de vérification. Ce problème est résolu à l'aide d'un stabilisateur de courants de charge et de décharge d'accumulateurs, comportant un redresseur avec son élément de commande, mis en série avec un circuit de charge et de décharge constitué par un commutateur et des accumulateurs et un système de commande dudit redresseur comportant un dispositif de consigne de courant et un capteur de courant reliés au circuit de charge et de décharge, ledit sstabilisatetr de courant étant, selon l'inventionf caractérisé en ee que ledit capteur de courant est réalisé sous la forme d'un électroaimant à armature mobile et que le système de commande du redresseur comporte un convertisseur de signaux électriques en signaux pneumatiques, lié mécanique- ment & l'armature mobile du capteur de courant, et une commande pneumatique liée pneumatiquement audit oonvertis- seur et commandée par lui, l'élément de commande du redresseur possédant un curseur li cinématiquement d l'organe de travail de la commande pneumatique. Il est utile que le convertisseur de signaux électriques en signaux pneumatiques soit pourvu de deux dispositifs pneumatiques du type buse-volet, dans chacun desquels la buse est normalement fermée, les volets étant réalisés sous forme de leviers dont les bras opposés aux buses coopèrent mécaniquement avec l'armature de l'électroaimant, leurs efforts étant dirigés en opposition. Le stabilisateur de courants de charge et de décharge d'accumulateurs assure la stabilisation du courant dans une large gamme d'intensités avec une précision élevée. Ce stabilisateur travaille d'une manière stable avec une sensibilité suffisante tant aux variations de courant monotones qu'aux variations brusques du courant dans le circuit. Ces avantages permettent de mettre au point des bancs d'essais universels pour les accumulateurs, ce qui réduit, à son tour, les aires occupées par les bancs d'essais et baisse les frais de production de batteries d ' accumulateurs. Ci-dessouss, l'invention est explicitée à l'aide de la description de différents modes de réalisation non limitatifs, avec références au dessin unique annexé représentant le schéma structural d'un stabilisateur de courants de charge et de décharge d'accumulateurs selon l'invention. Le stabilisateur de courants de charge et de décharge d'accumulateurs comporte un redresseur 1 avec un élément de commande 2 mis en série avec un circuit de charge et de décharge comprenant un commutateur 3 et des accumulateurs 4. Le commutateur 3 sert A la commutation du circuit du régime de charge des accumulateurs 4 au régime de décharge et inversement. Pendant la décharge, une charge 5 est insérée dans le circuit. Dans le circuit de charge et de décharge, est aussi inséré un ampèremètre 6 pour indiquer l'intensité du courant de charge et de décharge. Le stabilisateur comprend en outre un système 7 de commande du redresseur 1, comprenant un dispositif de consigne de courant 8 et un capteur de courant 9. Le capteur de courant 9 est relié au dispositif de consigne de courant 8 aux points A, B et est raccordé au circuit de charge et de décharge aux points C, D. Dans la variante considérée du stabilisateur, l'élément de commande 2 est réalisé sous forme d'un autotransformateur 10 muni d'un curseur Il connecté au pont à thyristors 12 constituant le redresseur 1. L'éliment de commande peut être un transformateur avec une bobine mobile, ou un rhéostat à curseur, ou un autre moyen de commande. Le capteur de courant 9 est exécuté sous forme d'un électroaimant 13 avec une armature mobile 14. En plus du dispositif de consigne de courant 8 et du capteur de courant 9, le système de commande 7 du redresseur 1 comporte un convertisseur 15 des signaux électriques en signaux pneumatiques, lié mécaniquement à l'armature 14 da capteur de courant 9, et une commande pneumatique 16 liée pneumatiquement au convertisseur 15 et commandé par ce dernier. La commande pneumatique 16 est constituée d'un vérin pneumatique 17 dont la tige 18 est liée au curseur 11. Le vérin pneumatique 17 est mis en communication, par l'intermédiaire de conduites 19, 20, 9 travers des résistances pneumatiques 21, 22, avec une conduite 23 branchée sur un système de gaz comprimé (non représenté) où on maintient une pression P.La commande pneumatique peut aussi être réalisée sous forme d'un mécanisme à membrane, à soufflet ou sous forme d'autres mécanismes à action pneumatique. Le curseur 11 de l'élément de commande 2 est li cinématiquement à l'organe de travail (dans la variante considérée, & la tige 18) de la commande pneumatique 16. Le convertisseur 15 comporte deux dispositifs pneumatiques du type buse-volet 24, 25. Chacun des dispositifs 24, 25 possède, respectivement, une buse normalement fermée 26, 27 et un volet 28, 29 réalisé sous la forme de levier . Les bras de leviers-volets 28, 29 opposés aux buses 26, 27, coopèrent mécaniquement avec l'armature 14 de l'électroaimant 13, les efforts de leurs actions étant dirigés en opposition. Les buses 26, 27 sont lides, respectivement, par les conduites 19, 20 au vérin pneumatique 17. Les volets 26, 27 basculent sur des supports respectifs 32, 33, solidaires des corps des dispositifs 24, 25, ces corps étant montés de marnière qu'il soit possible de régler leur position angulaire par rapport à leurs axes 34, 35, à l'aide de vis 36, 37. Les volets 28, 29 sont sollicités par des ressorts 38, 39 vers les extrémités de travail des buses 26, 27 en les obturant. L'armature 14 est montée mobile sur une suspension 40 et ses positions extrêmes mentrées sur le dessin par une ligne en pointillé sont limitées par des vis 41, 42. Un ressort 43 agit sur l'armature 14 en l'écartant de l'électroaimant 13. L@ffort du ressort 43 est réglé à l'aide d'une vis 44. L'électroaimant 13 possède une bobine 45 placée dans une carcasse 46 en acier à faible hystérésis. L'arma- ture 14 est fabriquée avec le même matériau pour supprimer l'aimantation rémanente des éléments magnétoconducteurs de l'électroaimant 13. Conformément à la variante décrite, le dispositif de consigne de courant 8 est réalisé sous forme d'une résistance réglable et est inséré dans le circuit de charge et de décharge à courant redressé.Pour de grands courants de charge, il est utile d'utiliser en tant que dispositif de consigne de courant un transforma- teur de mesure de courant dont l'enroulement primaire est mis en strie avec un pont. Le stabilisateur monté d'aprbs le schéma décrit est soumis au réglage suivant. L'autotransformateur 10 étant mis hors circuit, on amène l'air comprimé dans la conduite 23 et on y établit une pression allant de 1,5 à 2 atm. Après avoir démonté le ressort 43 et aprbs avoir écarté les dispositifs 24, 25, en se servant des vis 41, 42, on fixe l'armature 14 en sa position d'aplomb. On place dans la conduite 23 un débitmètre mesurant le débit d'air, par exemple un rotamètre.On établit à l'aide de ce rotamètre le même débit d'air & travers les résistances pneumatiques 21, 22, en ouvrant alternativement les buses respectives 26, 27. Les résistances pneumatiques 21, 22 doivent alors être mises dans leur position active à peu près médiane. A l'aide de la vis respective 36, 37t chaque corps du dispositif 24, 25 est rapproché de l'armature 14, jusqu'à ce que les bras 30, 31 des leviers 28, 29 touchent cette armature. Puis on continue à tourner les vis 36, 37 en ouvrant les buses 26, 27 de chaque dispositif 24, 25, pour assurer le même débit d'air, d'après le rotamètre, dans les limites de 10 à 15% de leur pleine ouverture. On desserre l'armature 14 et on effectue le réglage de ses positions extrêmes par l'intermédiaire des vis 41, 42 de sorte que dans ces positions de l'armature, les buses 26,27 soient complètement ouvertes. La tige 18 doit alors se déplacer, elle ausi, vers ses positions extrêmes en s'arrêtant lorsque l'armature 18 se trouve en position médiane. Aux écarts minimaux de l'armature 14 dans un sens ou dans l'autre, la tige 18 doit commencer à se déplacer progressivement à une vitesse presque régulière.On règle le ressort 43 et l'électroaimant 13 de telle façon que l'armature 14 touche l'électroaimant 13 dans une de ses positions extrêmes. On branche la bobine 45 de l'électro- aimant 13 sur le circuit de réglage (non représenté), on établit la tension de travail (la valeur moyenne d'après la caractéristique de l'électroaimant 13) et à l'aide de la vis 44 on tend le ressort 43 en mettant l'armature 14 à sa position médiane. L'étendue de réglage de la résistance du dispositif de consigne de courant 8 doit assurer lors du réglage l'obtention de la tension de travail de l'électro- aimant 13 aux positions extrêmes du curseur 11.Vue que la stabilisation du courant à l'aide du circuit proposé est réalisée avec une compensation nulle du signal, le réglage décrit ci-dessus peut être effectué sur un banc approprié. Lors de la variation de la valeur de la résistance du dispositif de consigne il se produit un déplacement du curseur 11 et, par conséquent, l'établissement de nouvelles limites du courant à stabiliser, Ladite résistance peut être réalise interchangeable et remplacée par des résistances calculées pour diverses limites de stabilisation. Le capteur de courant 9 et le convertisseur 15 montés dans un carter commun font office de conparateur pour les mesures par méthode de conpensation. Le réglage du convertisseur 15 peut entre fait sur un banc approprié pendant la fabrication, et il peut être utilisé comme pièce accessoire plombée. Le vérin pneumatique 17 avec des résistances pneumatiques 21, 22 peut autre réalisé, de préférence, de façon à constituer un lot avec le redresseur 1 chaque lot étant calculé pour l'une des gammes de courants à stabiliser, par exemple pour les courants de O à 5A, de O à 10A, de 5 à 50A, etc.Ainsi, avec les ensembles mentionnés, on peut assembler un banc d'essai universel servant à la formation des accumulateurs et à la réalisatios de leurs essais de vérification pour une gamme large de courants à stabiliser. Le stabilisateur de courants de charge et de décharge d'accumulateurs fonctionne comme suit. A l'état stable, le courant dans la bobine 45 de l'électroaimant 13 correspond à la valeur nominale pour le convertisseur donné 15 (dans les limites de 20 à 30 mA). L'armature 14 est alors dans sa position médiane, les buses 26, 27 sont ouvertes d'une valeur faible (10 à 15%), en assurant l'écoulement libre du gaz des deux cavités du vérin 17 et l'état équilibré de la tige 18. Lors d'une faible variation du courant dans le circuit de charge et de décharge des accumulateurs 4, à cause de la variation de la résistance interne de ces derniers ou bien à cause de la variation de la tension dans le circuit d'alimentation, le courant de la bobine 45 varie, le champ magnétique de l'électroaimant 13 varie proportionnellement avec les variations du courant, l'armature 14 se déplace dans un sens ou dans l'autre en faisant varier l'ouverture des buses 26, 27. A titre d'exemple, on va examiner un cas de réduction du courant dans le circuit de charge et de décharge des accumulateurs 4. Dans ce cas, l'armature 14 se déplace à gauche (d'après le dessin), l'écoulement de gaz de la buse gauche 26 croit et celui de la buse droite 27 diminue. La pression croit dans la cavité gauche du vérin pneumatique 17 et diminue dans la cavité droite. il s'ensuit que la tige 18 se déplace à droite et le courant dans le circuit de charge et de décharge croit Jusqu'd ce que l'équilibre perdu se rétablisse. En cas de variations brusques du courant, par exemple, lors du débranchement du circuit de décharge de l'un des accumulateurs 4, l'armature 14 passe par bond à la position extrême droite, la buse gauche est fermée complètement par le volet 28 et la buse droite 27 s'ouvre totalement. La tige 18 se déplace à gauche à grande vitesse en faisant décroître le courant dans le circuit d'accusula- teurs 4. Lorsque l'armature 14 se rapproche de sa position médiane, il se produit une réduction de la vitesse de déplacement de la tige 18, grâce à la variation de la vitesse d'écoulement de gaz des buses 26, 27, et le rétablissement progressif de l'état d'équilibre. La sensibilité et la vitesse de réponse du système peuvent être réglées dans de larges limites & l'aide des résistances pneumatiques 21, 22. La variation de la pression du gaz comprimé dans le circuit pneumatique n'influe pas sur les paramètres du stabilisateur, car le gaz est admis simulta- nément dans les deux cavités du vérin pneumatique 17 et agit sur la tige 18 de deux côtés. L'application du systbme 7 de commande du redresseur 1 utilisant l'élément de commande 2 muni du curseur Il lié à la commande pneumatique 16 assure une haute précision de stabilisation (environ 1 9 1,5%) aux variations monotones du courant dans le circuit, tout comme lors des variations par bonds de l'intensité du courant. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés 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 protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1.- Stabilisateur de courants de charge et de décharge d'accumulateurs, du type comportant un redresseur avec un élément de commande mis en série avec un circuit de charge et de décharge constitué d'un commutateur et d'accumulateurs, et un système de commande du redresseur comprenant un dispositif de consigne de courant et un capteur de courant connectés au circuit de charge et de décharge, ledit stabilisateur étant caractérisé en ce que le capteur de courant est réalisé sous la forme d'un électroaimant à armature mobile et que le système de commande du redresseur comporte un convertisseur de signaux électriques en signaux pneumatiques lié mécaniquement à l'armature mobile du capteur de courant, et une commande pneumatique reliée pneumatiquement audit convertisseur et commandée par ce dernier, ledit élément de commande du redresseur ayant un curseur lié cinématiquement à l'organe de travail de la commande pneumatique. 2,- Stabilisateur selonla revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur des signaux électriques en signaux pneumatiques comporte deux dispositifs pneumatiques du type buse-volet, dont chacun comprend une buse normalement fermée, les volets étant réalisés sous forme de leviers dont les bras respectifs opposés à voisins des buses se trouvent en interaction mécanique avec l'armature de l'électroaimant, les interactions respectives desdits bras avec ladite armature étant mutuellement opposés.