Brevet FR2547130A1 — publié le 19841207

Les systèmes de régulation de la tension dans les alternateurs ont le but de pourvoir à rendre la valeur de la tension électrique présente aux bornes du générateur synchrone le plus possible constante en dépit des variations éventuelles de sa charge. On obtient ladite régulation en changeant le courant d'excitation de l'alternateur en fonction de la charge de ce dernier. On connalt plusieurs systèmes de régulation de l'excitation d'un alternateur,que l'on peut ainsi résumer: 1 régulateur électronique de tension avec prélèvement de la puissance d'excitation par dérivation sur les phases de l'alternateur; 2 système d'excitation du type compound, qui est obtenue 15 en utilisant un courant dérivé proportionnel à la tension aux bornes du générateur ainsi qu'un courant proportionnel au courant de phase; 3 système d'excitation du type compound avec excitation supérieure à celle strictement nécessaire, en coopéra20 tion avec un régulateur électronique qui crée un champ opposé au premier et agit en soustraction, c'est-à-dire en réduisant l'excitation jusqu'à une valeur correcte, afin d'obtenir la tension de sortie voulue, et 4 système d'excitation du type compound avec excitation 25 inférieure à celle strictement nécessaire, en coopération avec un régulateur qui agit en addition, c'est-àdire en augmentant l'excitation jusqu'à la valeur correcte pour obtenir la tension de sortie désirée. Dans le premier cas, c'est-à-dire en utilisant un 30 régulateur de tension du type électronique connecté en dérivation sur les phases de l'alternateur, la régulation de la tension aux bornes de ce dernier est bonne jusqu'au moment o la tension d'excitation n'est pas supérieure à celle de ligne. En outre, en cas de court-circuit, le courant est bas et, en tçut cas, tel que la plupart des fois lep dispositifs de protection de l'alternateur n'interviennet pas. En cas d'excitation du type compound on a des courants de court-circuit relativement élevés et, par consé5 quent, du point de vue de la fiabilité de l'intervention des dispositifs de protection, la régulation de ce type est bonne, mais, par contre, ce système ne permet pas une précision élevéedans la régulation de tension, puisqu'il fournit une tension qui dépend en mesure considérable de la charge, 10 du cos et de la température des enroulements. Avec l'excitation du troisième type, c'est-à-dire avec un système d'excitation compound coopérant avec un régulateur électronique agissant en soustraction, on a un courant de court-circuit relativement élevé ainsi qu'une précision 15 élevée dans la régulation de tension Par contre, en cas de panne du transformateur de courant du système d'excitation compound ou du régulateur, le système provoque les inconvénients déjà mentionnés. Il se passe la même chose avec la régulation du qua20 trième type qui prévoit un système d'excitation compound coopérant avec un régulateur électronique de tension agissant en addition. En cas de défaillance du régulateur, le système d'excitation compound fournit une régulation inférieure à 25 celle nécessaire et, par conséquent, la tension aux bornes est plus basse que la tension nominale, tandis qu'en cas de panne du compound, le régulateur agissant seul présente les qualités et les défauts ci-dessus rappelés, en sorte qu'également la combinaison d'un système d'excitation compound avec un régulateur électronique,malgré les avantages dérivant de cette association, n'est pas capable d'assurer un bon fonctionnement quand un des deux composants tombe en panne. La dispositif d'excitation proposé par la présente 35 invention élimine les inconvénients ci-dessus rappelés puisqu'il réalise un système d'excitation qui ajoute un troisième élément de régulation en combinaison avec le compound et le régulateur électronique Ce système de régulation, dans son ensemble, a pour but d'obtenir que le compound et le régulateur électronique fonctionnent l'un indépendamment de l'autre, tout en assurant une caractéristique correcte de tension au générateur. Un but ultérieur et non secondaire est celui d'obtenir, lorsque le compound, le régulateur et le dispositif de pilotage de la présente invention sont tous actifs, l'optimisation des qualités respectives de chaque système, sans demander des calibrages très soignés, en particulier pour le compound, ainsi que la possibilité de fonctionner avec tension débitée dans des larges marges de variabilité, sans procéder au calibrage ultérieur du transformateur de courant. Un autre but est celui d'obtenir une précision satisfaisante, au moins du seul système compound, afin d'assurer un bon fonctionnement en cas d'émergence sans le régulateur de tension. Encore un autre but de l'invention est de réaliser une connexion convenable entre les deux systèmes connus, à savoir entre le carpound et le régulateur, permettant d'utiliser d'une fagon simple toutes les possibilités de fonctionnement qu'offre le système selon l'invention, sans la nécessité d'interventions d'adaptation. Tous les buts ci-dessus mentionnés sont atteints au moyen d'un dispositif d'excitation composé d'un groupe compound, d'un régulateur électronique de tension-et d'un groupe de régulation ultérieur à composantes électroniques, inséré de façon appropriée entre le compound et le 30 régulateur de tension, dont le comportement dépend de la tension de phase de l'alternateur. En effet, si la tension du générateur est supérieure, par exemple, à 70 % environ de la tension nominale, ce groupe devient conducteur et il dérive le courant en excès de façon à réduire le courant fourni par le compound au-dessous de la quantité nécessaire, tandis que le régula- teur de tension fournit avec précision la fraction qui manque, de façon à rétablir une tension externe constante Si, au contraire, la tension de phase descend au-dessous de 70 % de la tension nominale, ce groupe n'intervient pas puisqu'il n'est pas rendu conducteur et donc le courant du compound va au circuit d'excitation. Les caractéristiques ultérieures et les particularités du dispositif conforme à l'invention seront mieux mises en évidence dans la description d'un mode de réalisa10 tion préféré, donné à titre indicatif mais non limitatif, qui est illustré dans les dessins joints o: la figure 1 représente le schéma électrique du dispositif objet de l'invention; la figure 2 représente la caractéristique de charge de l'alternateur correspondant à l'usage du circuit de régulation objet de l'invention; la figure 3 représente la caractéristique de charge correspondant au cas o seulement le régulateur électronique de tension B est en fonction, et la figure 4 représente la caractéristique de charge correspondant au cas o seulement le dispositif d'excitation compound C est en fonction. Sur la figure 1 on a délimité par des rectangles, tracés avec des lignes en traits mixtes et désignés avec A, B, 25 C, les dispositifs d'excitation compound, de régulation de tension et de pilotage du dispositif compound,respectivement. On dérive dela borne intermédiaire 3, disposée sur la phase 90 de l'alternateur, une fraction de la tension de phase sur l'enroulement secondaire du transformateur de courant 60, ce 30 qui a pour conséquence que, dans le trait de circuit 13-14, parvient un courant de compound Ic qui est la somme vectorielle du courant Iv due à l'impédance du transformateur de courant 60 et du courant Ia induit dans le transformateur de courant 60 par la charge de ligne. Ce courant Ic est redressé par le pont de transis- tors 51, 52, 53, 54 et arrive au circuit d'excitation 100 en produisant un champ d'excitation proportionnel au courant qui parcourt ce circuit. Evidemment, quand la tension de la phase 90 de l'enroulement statorique de l'alternateur augmente, le courant Ic augmente aussi, mais, dans ces conditions, dans le point 13 de la figure 1 une partie de ce courant en excès est prélevée par le dispositif de pilotage électronique C. En effet, ce dispositif C comporte un TRIAC 30 et 10 deux résistances de commande 31 et 32 alimentées par la même tension partielle dérivée pour l'alimentation du compound par l'intermédiaire des connexions 12 et 10 connectées respectivement aux bornes 3 et 4; le dispositif C est calibré de telle façon que le TRIAC 30 devient conducteur au-delà d'une certaine limite de seuil pré-définie de la tension, qui peut par exemple être égale à 70 % de la tension nominale. En somme, en fonction de la tension majeure qu'on enregistre aux bornes 12 et 10 (et donc 3 et 4), le TRIAC devient conducteur et prélève une quantité de courant varia20 ble et proportionnel à ladite tension, de façon à baisser, d'une part, d'une manière significative l'apport du compound dans le circuit d'excitation 100, et à faire intervenir, d'autre part, le dispositif de tension B, qui en ce cas fournit l'intégration de puissance nécessaire au circuit 25 d'excitation 100. Si, au contraire, la charge de l'alternateur impose une tension modeste, l'effet du transformateur de courant 60 n'est pas modifié,' raison pour laquelle il fournit un courant Ic élevé qui, dans ce cas, n'est pas dérivé du TRIAC 30 mais parvient complètement au circuit d'excitation On fait remarquer qu'en conditions de basse tension, c'est-à-dire au-dessous dudit seuil choisi, le TRIAC ne conduit pas à cause du calibrage qui lui a été imposé. La caractéristique de charge qu'on obtient,en fonction du système de régulation de l'excitation décrit,est celle représentée dans la figure 2 avec la ligne continue D E F G La ligne en traits mixtes K F G représente la caractéristique qui dériverait du circuit compound limité dans son effet par l'intervention du dispositif de pilotage C L'ac5 croissement d'ordonnée qui, point par point, sert à passer de la caractéristique réduite à celle effective, représente l'apport donné par le dispositif B de régulation électronique de tension Comme on peut remarquer, la caractéristique obtenue donne une tension constante à l'intérieur d'un 10 intervalle important de variation de la charge, alors qu'avec des tensions réduites on assure un courant élevé de court-circuit, ce qui permet aux protections d'intervenir. En cas de défaillance du dispositif régulateur de tension B, si le TRIAC 30 a été déconnecté, le dispositif de pilo15 tage C n'intervient pas et le dispositif compound A fonctionne régulièrement dans les meilleures conditions, sans qu'il soit nécessaire de l'adapter puisqu'il est calibré pour la tension nominale Dans ce cas la caractéristique de charge résultante est celle illustrée à la figure 3. En cas de panne du dispositif compound, le dispositif régulateur de tension B est toujours capable de faire fonctionner l'alternateur qui dispose,ainsi,de la seule régulation électronique de tension, la caractéristique correspondante étant celle représentée à la figure 4. On met en évidence que le composant TRIAC 30 peut être remplacé de façon équivalente par un composant du type SCR, ou par un transistor, ainsi que, de même, les résistances 31 et 32 de commande de l'interrupteur électronique 30 peuvent être remplacées par un circuit de commande équiva30 lent dans ces fonctions. Le dispositif décrit et représenté pour une exécution monophasée, peut 8 tre également adopté pour un compound triphasé: en effet,dans ce cas, l'interrupteur électronique peut être appliqué sur une ou plusieurs phases 35 de l'alternateur. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention - REVENDICATIONS 1. Dispositif d'excitation compound variable pour alternateur comprenant un dispositif d'excitation compound (A) et un dispositif de régulation électronique (B) de la 5 tension de phase de l'alternateur, caractérisé par le fait que le dispositif d'excitation compound (A) est piloté et réglé par un dispositif (C) comportant un interrupteur électronique ( 30) et un dispositif de commande de cet interrupteur qui est activé au moment o la tension de phase de l'alternateur, ou une fraction de cette dernière, atteint une limite de seuil prédéterminée, au-dessus de laquelle ledit dispositif de pilotage (C) ainsi activé prélève un courant dépendant de l'excès de tension, en provoquant l'abaissement du courant du dispositif d'excitation compound (A) qui parvient au circuit d'excitation ( 100), tandis que, simultanément audit prélèvement, le dispositif régulateur de tension (B) opère une intégration de puissance suffisante à maintenir la tension de l'alternateur à la valeur nominale, ledit dispositif de pilotage (C) étant désactivé lorsque la tension 20 de phase, ou une fraction de cette dernière, se situe audessous de ladite limite de seuil, dans ces conditions tout le courant d'excitation nécessaire étant fourni par le dispositif d'excitation compound (A). 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté25 risé par le fait que celui-ci assure la régulation du courant dans le circuit d'excitation également en cas de panne d'un quelconque desdits trois dispositifs composants (A, B, C), notamment en cas de panne du dispositif (B) régulateur électronique de tension ou du dispositif de pilotage (C) 30 lorsque ne résulte actif que le dispositif d'excitation compound, ou en cas de panne de ce dernier lorsque ne résulte actif que le dispositif (B) régulateur électronique de tension, sans qu'il soit nécessaire d'intervenir sur les connexions électriques et sans que soient nécessaires des 35 calibrages successifs des composants actifs. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'interrupteur électronique est de préférence constitué par un TRIAC ( 30). 4. Dispositif selon l'une quelconque des reven5 dications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'interrupteur électronique est constitué par un Thyristor. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'interrupteur électronique est réalisé par l'intermédiaire de transistors. 10 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif de commande de l'interrupteur électronique ( 30) est constitué par des résistances ( 31 et 32).