Brevet FR2521743A1 — publié le 19830819

Régulateur de tension, notamment pour des géné- rateurs d'aéronefs. L'invention concerne les régulateurs de tension et elle a trait, plus particulièrement, à des régulateurs de tension pour des générateurs d'aéronefs. Les régulateurs de tension pour générateurs d'aéronefs qui effectuent la régulation de la tension de sortie d'un générateur en commandant le courant de champ de l'excitatrice sont bien connus Ces régulateurs utilisent généralement une boucle de contre-réaction comprenant un détecteur de tension qui fournit un signal de tension proportionnel à la tension de sortie du générateur, un amplificateur qui amplifie ce signal, et un moyen pour commander le courant de champ de l'excita- trice en réponse au signal de tension amplifié. Les générateurs d'aéronefs (par exemple les machines synchrones à courant alternatif avec excitation sans balaÈs ont des exigences que l'on retrouve dans les générateurs destinés à d'autres applications mais il faut également qu'ils présentent une fiabilité et des performances élevées dans un agencement compact et d'un prix de revient adéquat Le dispositif de commande de générateur, comprenant le régulateur de tension, fait partie du système générateur qui doit répondre à un haut niveau de performance Bien que la matière de la présente invention trouve un avantage particulier dans les systèmes générateurs pour aéronefs, elle n'est pas limitée à de telles applications. Les régulateurs antérieurs utilisaient des techniques de compensation série pour améliorer les performances en régime transitoire Dans ces systèmes, on insérait un circuit de filtrage dans la bouche de contreréaction pour compenser la constante de temps de l'excitatrice Toutefois, les constantes de temps des circuits varient en fonction des conditions ambiantes variables, comme par exemple les changements de tempé- rature Ceci limitait l'efficacité des circuits de compensation série-. On a mis au point des techniques faisant appel à une contre réaction par boucle secondaire pour obtenir une meilleure stabilité et une meilleure réponse en régime transitoire Dans ces systèmes, un signal propor- tionnel à la tension de sortie du régulateur de tension 1 o_ est renvoyé à l'entrée de l'amplificateur de la boucle de contre-réaction principale Bien que ceci se traduise par de meilleures performances, le circuit ne donne pas un rendement adéquat dans le cas des systèmes à large plage de vitesse,-tels qoe -les systèmes de liaisoe ou transmission à courant continu munis d'un convertisseur dans la boucle fermée. On a recours à un renforcement de champ d'exci- tatrice négatif pour améliorer le temps de réponse en régime transitoire On obtient ce renforcement en insérant un limiteur de courant actif, tel qu'un transistor, en série avec la bobine de champ d'excitatrice En bloquant le transistor, on obtient une réduction rapide du courant de champ. Si on utilise un renforcement de champ d'exci- tatrice négatif en combinaison avec un circuit de contre- réaction par boucle secondaire, le signal de contre- réactibn,qui est dérivé de la tension de sortie du régu- lateur de tension,ne peut pas réagir au renforcement de champ négatif Le régulateur traite alors le renforcement de champ négatif comme une perturbation et non pas comme une correction Par conséquent, la réponse en régime transitoire se trouve considérablement détériorée. La présente invention a pour objet principal de fournir une meilleuie régulation de tension. La présente invention réside, d'une façon large, dans un circuit de régulation de tension pour un géné- rateur muni d'une bobine de champ d'exctatrice, ledit circuit comprenant: un circuit de détection de courant relié de manière à détecter le courant dans ladite bobine de champ d'excitatrice; un circuit de détection de tension pour détecter la tension de sortie du générateur; un circuit de combinaison relié aux circuits de détection de tension de générateur et de détection de courant d'excitatrice pour combiner les signaux en provenance de ces circuits; un comparateur pour comparer le signal combiné avec une tension de référence; un circuit de com- mande pour commander le courant dans ladite bobine de champ de l'excitatrice en réponse à la sortie dudit compa- rateur. La présente invention comprend une technique de contre-réaction perfectionnée qui utilise le courant de champ de l'excitatrice et non pas la tension Le courant de champ de l'excitatrice reflète avec précision la tension de sortie de l'excitatrice et est par conséquent plus avantageux pour représenter une variable d'état de la machine Les composants des circuits antérieurs de contre- réactionqui tentaient de déterminer suivant un modèle la constante de temps de l'excitatrice, ont été éliminés étant donné que la constante de temps est représentée avec précision par le courant de champ de l'excitatrice. Un régulateur de tension réalisé selon la présente invention comprend un moyen pour détecter le courant de champ de l'excitatrice et pour fournir un signal propor- tionnel au courant De plus, un moyen de détection de tension fournit un second signal proportionnel à la tension de sortie du générateur Ces deux signaux sont combinés pour donner un troisième signal qui parvient à un comparateur en vue d'une comparaison avec un signal de référence Le comparateur fournit un quatrième signal en réponse,à la différence entre le signal de référence et le troisième signal Un moyen de commande de courant réagit à ce quatrième signal de manière à commander le courant de champ de l'excitatrice. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma synoptique d'un système de régulation de tension utilisant un régulateur de tension selon la présente invention; et la figure 2 est un schéma de principe d'un mode de réalisation d'un circuit utilisant un régulateur de tension selon la présente invention. La figure 1 est un schéma synoptique d'un système de régulation de tension utilisant un régulateur de tension selon la présente invention Une source de courant, telle qu'une source 10 de courant continu, fournit le courant à la bobine de champ 12 de l'excitatrice Un détecteur 14 de courant, qui comprend un moyen de détection, telle qu'une résistance shunt ou un transformateur de courant, fournit un premier signal qui est proportionnel au courant de champ de l'excitatrice Un circuit 16 de renforcement de champ négatif est monté en série avec un détecteur 14 de courant et la bobine de champ 12 d'excitatrice Une diode 18 montée en dérivation offre un circuit au courant produit par la brusque réduction du champ magnétique de la bobine de champ de l'excitatrice lorsque l'on interrompt le courant dans cette bobine. La borne VS est reliée à un point du circuit de générateur qui se trouve à un niveau de tension proportio- nel a la tension de sortie du générateur Dans un système à fréquence constante et à vitesse variable, la borne VS peut être reliée à la sortie du convertisseur La tension à la borne VS est détectée par un détecteur 20 de tension qui fournit un second signal proportionnel à la tension de sortie du générateur Le diviseur 22 de tension sert de moyen pour combiner les premier et second signaux et pour fournir un troisième signal. La source 24 de tension de référence fournit une tension de référence qui est comparée avec le troisième signal par un comparateur 26 Un quatrième signal, pro- portionnel à la différence entre le troisième signal et la tension de référence, est fournit par le comparateur 26 Le dispositif 28 de commande de courant constitue un moyen pour commander le courant de la bobine de champ de l'excitatrice en réponse à ce quatrième signal. Un détecteur 30 de surintensité est relié à la sortie du détecteur 14 de courant pour détecter un état de surintensité dans la bobine de champ 12 de l'excitatrice. Un courant exagéré détecté par le détecteur de surintensité provoque la mise en fonction de dispositifs de protec- tion se trouvant dans le régulateur de tension, non représente, pour traiter et éliminer cet état de surin- tensité. La figure 2 est un schéma de principe d'un mode de réalisation d'un circuit utilisant un régulateur de tension selon la présente invention Une source de courant continu, référencée 10 sur la figure 1, est reliée à une borne PS pour fournir du courant à la bobine de champ 12 de l'excitatrice Un shunt Rl est monté en série avec la bobine de champ 12 de l'excitatrice et agit comme un élément de détection de courant dans le détecteur 14 de courant Le condensateur Cl monté en parallèle avec le shunt Rl réduit à un minimum les bruits d'interférence. Le condensateur C 2, la diode zener CR 1, et la résistance R 2 sont reliés comme représenté de manière à former une source de courant par rapport à la borne PS. La tension apparaissant aux bornes Rl est appliquée à un amplificateur opérationnel I Cl qui est relié au transistor Ql et à la résistance R 3 pour former une source de courant dans laquelle le courant de collecteur du transistor Ql est proportionnel au courant de champ de l'excitatrice Le condensateur C 3 stabilise l'ampli- ficateur opérationnel IC 1. Les résistances R 4 et R 5 sont montées en série entre le-collecteur du transistor Ql et la masse Par conséquent, un premier signal de tension rapporté à la masse et proportionnel au courant de champ de l'excita- tric apparait à la jonction entre R 4 et le collecteur de QI. Les résistances R 4 et R 5 servent aussi de détec- teur 30 de surintensité, la tension à la jonction entre les résistances R 4 et R 5 étant proportionnelle au courant de-champ de l'excitatrice Cette tension est appliquée à un circuit classique (non représenté)de protection contre les surintensités par l'intermédiaire d'une borne OC. Un second signal de tension provenant du détec- teur 20 de tension de la figure 1 est appliqué à la borne Si Un diviseur de tension 22 sert de moyen pour combiner les premier et second signaux de tension et comprend la connexion série du condensateur C 4 et des résistances R 6 et R 7 Un condensateur C 4 bloque la tension de courant continu qui entraînerait une erreur dans la tension dont l'état est stable par suite de la régulation La combinaison de la résistance R 6 et du condensateur C 4 peut être réglée pour améliorer la réponse du circuit La tension apparaissant à la jonction de la résistance R 7 et du condensateur C 4 représente un troisième signal qui reflète étroitement l'état de llexci- tatrice et assure donc une compensation de stabilité. Ce troisième signal est appliqué à l'amplificateur opérationnel IC 2 du comparateur 26 ou il est comparé avec une tension de référence fournie à la borne VR par la source 24 de tension de référence de la figure 1 Le comparateur 26 fournit un quatrième signal qui est appliqué au circuit de commande 32 du dispositif 28 de commande de courant La structure classique du circuit de com- mande 32 commande le transistor Q 2 en réponse au qua- trième signal provenant du comparateur 26. Le circuit 16 de renforcement de champ négatif comprend un transistor Q 3 et une diode zener CR 2 Le transistor Q 3 est commandé à l'aide d'un circuit connu par l'intermédiaire de la borne NFF La diode shunt 18 offre un trajet au courant engendré par le champ magnétique décroissant de la bobine de champ 12 de l'excitatrice lorsque le courant dans cette bobine de champ de l'excitatrice diminue par suite du blocage du transistor Q 2 ou du transistor Q 3 Du fait que la cathode de la diode shunt 18 est reliée en un point compris entre la borne PS et le détecteur 14 de courant, la résistance shunt Rl reste dans la boucle de courant et continue à détecter le courant réel de la bobine de champ de l'excitatrice. Un circuit de régulation de tension selon la présente invention a été réalisé et on a évalué ses performances sur un système de liaison à courant continu. On a constaté une amélioration notable dans la réponse en régime transitoire lors du débranchement de charge de 42 KW et de 60 KW La récupération à partir de débran- chements de charge s'est révéléeêtre deux fois plus rapide qu'avec un circuit antérieur de contre-réaction par boucle secondaire. A titre d'exemple, le tableau ci-dessus indique les composants spécifiques qui peuvent être utilisés dans un régulateur de tension selon un mode de réalisation de la présente invention tel que celui représenté sur la figure 2 L'homme de l'art comprendra que d'autres composants peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention Par exemple, on peut ajuster le niveau de contre-réaction en modifiant la valeur de la résistance R 4. RESISTANCES o, 1 i shunt K fl 800 fl 1,1 l K 3, 9 K K CONDENSATEURS lpf l O Opf O, 33 pf DIODES V zener 168 V zener V/9 A TRANSISTORS 2 N 5416 2 N 6546 2 N 6546 AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS 101 A LM 124 RI R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 R 7 ci C 2 C 3 C 4 C Ri CR 2 CR 3 Qi Q 2 Q 3 ici 1 C 2 IDENTIFICATION DES REFENMES UTILISEES SUR LES DESSINS LEGENDE REF No FIGURE SOURCE COURANT CONTINU 10 1 BOBINE DE CHAMP DE L'EXCITATRICE 12 1 DETECTEUR DE COURANT 14 1 CIRCUIT DE RENFORCEMENT DE 16 1 CHAMP NEGATIF DIODE SHUNT 18 1 DETECTEUR DE TENSION 20 1 DIVISEUR DE TENSION 22 1 SOURCE DE TENSION DE REFERENCE 24 1 COMPARATEUR 26 1 DISPOSITIF DE COMMANDE DE COURANT 28 1 DETECTEUR DE SURINTENSITE 30 1 CIRCUIT DE COMMANDE 32 2 REVENDICATIONS 1 Un circuit de régulation de tension pour un générateur muni d'une bobine de champ d'excitatrice, ce circuit étant caractérisé par le fait qu'il comprend: un circuit ( 14) de détection de courant monté de manière à détecter le courant dans ladite bobine de champ ( 12) d'excitatrice; un circuit ( 20) de détection de tension pour détecter la tension de sortie du générateur; un circuit de combinaison ( 22) relié au circuit de détection de tension de générateur et au circuit de détection de courant d'excitatrice, pour combiner les signaux de ces circuits; un comparateur ( 26) pour comparer le signal combiné avec une tension de référence; un circuit de commande ( 28) pour commander le courant dans ladite bobine de champ d'excitatrice en réponse à la sortie dudit comparateur. 2 Circuit suivant la revendication 1, carac- térisé par le fait qu'il comprend, en outre: un circuit ( 16) de renforcement de champ monté en série avec ladite bobine de champ d'excitatrice. 3 Circuit suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit circuit de combinaison est un circuit de dérivation comprenant: la connexion série d'une première résistance (R 6), d'un condensateur (C 4), et d'une seconde résistance (R 7); lesdits premier et second signaux de tension étantappliqués aux extrémités opposées dudit circuit de dérivation. 4 Circuit suivant l'une quelconque des reven- dications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un circuit ( 30)de détection de sur- il intensité pour détecter un état de surintensité dans ladite bobine de champ d'excitatrice.