Brevet FR2754956A1 — publié le 19980424

La présente invention concerne un dispositif de régulation d'un alternateur synchrone sans balais comprenant une excitatrice tournante à inducteur d'excitation fixe, pour la régulation de plusieurs paramètres, notamment le courant d'excitation, la tension de sortie de l'alternateur, la tension à vide, le courant de court-circuit, le facteur de puissance et le statisme de l'alternateur. On connait des dispositifs de régulation d'alternateur comportant un étage de puissance relié à l'alternateur et un circuit de régulation relié à l'étage de puissance pour la régulation desdits paramètres. Suivant un premier mode de réalisation connu, par exemple du document EPA-O 233 425, le circuit de régulation est un circuit analogique utilisant d'une part la tension fondamentale et d'autre part la tension de troisième harmonique de l'alternateur pour réaliser la régulation. Ce circuit de régulation analogique présente l'avantage de supporter des puissances importantes et d'être résistant aux vibrations mécaniques, de sorte qu'il peut être placé sur le carter de l'alternateur. Cependant, les circuits analogiques présentent généralement l'inconvénient de fournir des fonctions limitées, dans le cas présent à la régulation de quelques paramètres. Suivant un autre mode de réalisation connu, par exemple du document US-5 294 879, le circuit de régulation 2 2754956 est un circuit numérique qui n'est pas positionné sur le carter de l'alternateur. En effet, bien que le circuit numérique présente l'avantage d'obtenir un nombre de fonctions considérable, il présente l'inconvénient d'être particulièrement sensible aux vibrations mécaniques ou magnétiques et ainsi de ne pouvoir être placé sur le carter de l'alternateur. Par conséquent, il est nécessaire de prévoir des liaisons entre l'alternateur proprement dit et le circuit de régulation, ce qui implique des risques d'endommagement de ces liaisons. L'invention vise à pallier les inconvénients précédemment mentionnés. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de régulation d'un alternateur qui permet d'améliorer les performances obtenues à l'aide d'un circuit analogique tout en utilisant celles obtenues à l'aide d'un circuit numérique. En d'autres termes, l'invention a pour objectif de garder dans une position de secours la fiabilité initiale du circuit analogique tout en pouvant utiliser le plus possible les performances d'un circuit numérique. A cet effet, l'invention propose un dispositif de régulation d'un alternateur synchrone sans balais comprenant une excitatrice tournante à inducteur d'excitation fixe et qui comporte en combinaison: - un étage de puissance relié à l'alternateur; 3 2754956 - un circuit analogique de régulation apte à être relié à l'étage de puissance, pour la régulation de plusieurs paramètres, notamment le courant d'excitation, la tension de sortie de l'alternateur, la tension à vide, le courant de court-circuit, le facteur de puissance et le statisme de l'alternateur; - un circuit numérique de régulation apte à être relié à l'étage de puissance, pour la régulation de plusieurs paramètres, notamment la tension de sortie de l'alternateur, la tension à vide, le courant de court circuit et le statisme de l'alternateur; et - un circuit de commande destiné à permettre le fonctionnement du dispositif de régulation suivant deux modes, à savoir un mode normal dans lequel la fonction de régulation est réalisée par le circuit numérique de régulation et un mode dit "dégradé" dans lequel la fonction de régulation est réalisée par le circuit analogique de régulation, le circuit numérique de régulation étant isolé notamment mécaniquement et/ou magnétiquement de l'alternateur et étant relié au circuit de commande par des liaisons électriques isolées. En outre, en mode normal, le circuit numérique de régulation peut commander l'étage de puissance. Comme nous l'avons précisé précédemment, pour améliorer la fiabilité du dispositif, le circuit numérique de régulation est monté dans un boîtier distinct de l'alternateur et le circuit analogique de régulation est positionné sur le carter de l'alternateur. Suivant un mode de réalisation, le circuit de commande comporte: 4 2754956 - un dispositif de commande analogique/numérique destiné à recevoir des informations des circuits analogiques et numériques de régulation, et - un commutateur commandé par le dispositif de commande de manière à positionner le dispositif de régulation en mode normal ou en mode dégradé en fonction desdites informations reçues. Le commutateur peut être également positionné sur l'alternateur alors que le dispositif de commande est isolé notamment mécaniquement et/ou magnétiquement de l'alternateur. Suivant un autre mode de réalisation, le circuit numérique de régulation est apte à effectuer la régulation paramètre par paramètre. En outre, il peut comporter des moyens de gestion de priorité aptes à commander un changement de paramètre en fonction de ces priorités, ainsi que des moyens de gestion de seuil de protection à plusieurs niveaux, avec accès hiérarchisé. Dans la mesure o le commutateur est positionné sur l'alternateur, il peut être du type analogique pour faibles signaux. Suivant un autre mode de réalisation, le dispositif de commande peut comporter des moyens de détection permettant de détecter un dysfonctionnement du circuit numérique de régulation, le circuit de commande faisant passer le dispositif de régulation du mode normal au mode dégradé en cas de détection. 2754956 En outre, le dispositif de régulation selon l'invention peut comporter des moyens d'indication de statuts tels que notamment le mode de fonctionnement et/ou les paramètres de programmation. D'autres caractéristiques de l'invention résulteront de la description d'exemples de réalisation donnés à titre non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation très schématique sous forme de bloc fonctionnel d'un dispositif de régulation selon l'invention; - la figure 2 est une représentation plus détaillée sous forme de bloc fonctionnel d'un dispositif de régulation selon l'invention; et - la figure 3 est une représentation schématique d'un bloc numérique d'un dispositif de régulation selon l'invention. L'invention concerne un dispositif de régulation d'un alternateur 1 multi-fonctions à contrôle numérique destiné à équiper notamment des machines basse tension comportant un système d'excitation, tel que par exemple celui décrit dans le brevet EP-A-0 233 425. Le dispositif de régulation comporte un bloc de puissance 2 et un bloc de contrôle ou bloc numérique 3. Ces deux blocs 2 et 3 sont reliés entre eux par des liaisons électriques isolées L, L1 à L3, ces liaisons véhiculant notamment des informations électriques analogiques à basse tension et/ou à basse fréquence. 6 2754956 Le dispositif de régulation est destiné à fonctionner suivant deux modes, à savoir un mode normal dans lequel la fonction de régulation est réalisée par l'intermédiaire du bloc numérique 3, et un mode dit dégradé dans lequel la fonction de régulation est réalisée par l'intermédiaire du bloc de puissance 2. En effet, le bloc de puissance 2 doit être apte à permettre un fonctionnement analogique autonome en mode dégradé en cas de défaillance ou d'absence du bloc numérique, ou en cas de coupure des liaisons L, L1 à L3 avec le bloc numérique 3. Par conséquent, le bloc de puissance 2 peut être positionné sur l'alternateur 1, par exemple dans la boite à borne, et peut être soumis aux contraintes d'environnement définies par les régulateurs analogiques. A cet effet, le bloc de puissance 2 comporte un étage de puissance 4 relié de manière connue à l'inducteur d'excitation fixe de l'alternateur. Cet étage de puissance 4 est en outre relié à un circuit analogique de régulation 5, qui est destiné à la régulation de plusieurs paramètres, tels que par exemple le courant d'excitation de l'alternateur, la tension de sortie de l'alternateur, la tension à vide, le courant de court-circuit, le facteur de puissance ou le statisme de l'alternateur. Ce circuit analogique de régulation 5 peut être notamment du type de celui décrit dans la demande de brevet européen EP-A-0 233 425. 7 2754956 Il n'est opérationnel qu'en mode dégradé. En revanche, le bloc numérique 3 ne peut pas être soumis aux contraintes d'environnement définies par les régulateurs analogiques. Par conséquent, il est monté dans un boîtier distinct de l'alternateur. Pour permettre le fonctionnement en mode normal, le bloc numérique 3 comporte un circuit numérique de régulation 6 relié de manière connue à l'inducteur d'excitation fixe de l'alternateur, pour la régulation de plusieurs paramètres tels que notamment la sortie de l'alternateur, la tension à vide, le courant de court- circuit et le statisme de l'alternateur, ce circuit 6 étant apte à être relié, en mode normal, à l'étage de puissance 4, par l'intermédiaire d'une première ligne isolée L1. Le bloc numérique 3 comporte en outre un circuit de commande 7 qui est relié d'une part au circuit numérique de régulation 6, et d'autre part, par l'intermédiaire d'une deuxième ligne isolée L2, au circuit analogique de régulation 5. Ce circuit de commande 7 est destiné à faire passer le dispositif de régulation selon l'invention du mode normal au mode dégradé et inversement, en fonction d'informations reçues du circuit numérique de régulation 6 d'une part et du circuit analogique de régulation 5, d'autre part. 8 2754956 A cet effet, le circuit de commande 7 comporte un dispositif de commande analogique/numérique 8, relié d'une part au circuit analogique de régulation 5 par l'intermédiaire de la liaison isolée L2, et d'autre part au circuit numérique de régulation 6 par l'intermédiaire des liaisons C1, C2. Le circuit de commande 7 comporte, en outre, un commutateur 9, relié d'une part au dispositif de commande 8, et d'autre part au circuit analogique 5 et numérique 6 de régulation. Ce commutateur 9 est commandé par le dispositif de commande 8, de manière à positionner le dispositif de régulation selon l'invention en mode normal ou en mode dégradé, en fonction desdites informations reçues. Suivant un mode de réalisation, le commutateur 9 est du type analogique pour faibles signaux. Ainsi, il peut être positionné sur l'alternateur 1, alors que le dispositif de commande est isolé, notamment mécaniquement et/ou magnétiquement de l'alternateur 1. A cet effet, le dispositif de commande 8 est relié au commutateur 9 par l'intermédiaire d'une liaison isolée L3. Par exemple, on peut prévoir que le commutateur 9 soit contenu dans le bloc de puissance 2. Ainsi, pour passer en mode dégradé, il suffit qu'une au moins des liaisons L1 à L3 entre le bloc 9 2754956 numérique 3 et le bloc de puissance 2 soit interrompue, la régulation de l'alternateur étant alors effectuée par l'intermédiaire du circuit analogique de régulation 5. En revanche, en mode normal, le circuit numérique de régulation 6 commande par l'intermédiaire de la ligne isolée Ll et du commutateur 9, l'étage de puissance 4. Suivant un mode de réalisation, le circuit numérique de régulation 6 est apte à effectuer la régulation paramètre par paramètre. A cet effet, il comporte des moyens de gestion de priorité 10, aptes à commander un changement de paramètre en fonction de priorités prédéterminées. Ces moyens de gestion 10 sont reliés par l'intermédiaire d'une interface 11 à une mémoire de paramètres 12, l'interface 11 pouvant être reliée à une liaison série 13, par exemple de type RS232, pour une connexion extérieure. En outre, le circuit numérique de régulation 6 comporte des moyens de gestion de seuil de protection à plusieurs niveaux, avec accès hiérarchisé. D'autre part, pour permettre le passage du mode normal au mode dégradé, le dispositif de commande 8 comporte des moyens de détection permettant de détecter un dysfonctionnement du circuit numérique de régulation 6, le passage du mode normal au mode dégradé étant effectué en cas de détection. 2754956 Enfin, le dispositif de régulation selon l'invention peut comporter des moyens d'indication de statut 14, tels que notamment le mode de fonctionnement et/ou les paramètres de programmation. Les autres circuits du bloc numérique 3 qui sont représentés à la figure 3 ne sont pas décrits de manière détaillée car ils sont usuellement présents dans les régulateurs numériques connus de l'art antérieur. Ce sont par exemple les circuits de détection, de protection, les interfaces, les convertisseurs numérique/analogiques, etc. 11 2754956 REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation d'un alternateur synchrone sans balais comprenant une excitatrice tournante à inducteur d'excitation fixe caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison: - un étage de puissance relié à l'alternateur; - un circuit analogique de régulation apte à être relié à l'étage de puissance, pour la régulation de plusieurs paramètres, notamment le courant d'excitation, la tension de sortie de l'alternateur, la tension à vide, le courant de court-circuit, le facteur de puissance et le statisme de l'alternateur; - un circuit numérique de régulation apte à être relié à l'étage de puissance, pour la régulation de plusieurs paramètres, notamment la tension de sortie de l'alternateur, la tension à vide, le courant de court circuit et le statisme de l'alternateur; et - un circuit de commande destiné à permettre le fonctionnement du dispositif de régulation suivant deux modes, à savoir un mode normal dans lequel la fonction de régulation est réalisée par le circuit numérique de régulation et un mode dit "dégradé" dans lequel la fonction de régulation est réalisée par le circuit analogique de régulation, le circuit numérique de régulation étant isolé notamment mécaniquement et/ou magnétiquement de l'alternateur et étant relié au circuit de commande par des liaisons électriques isolées. 2. Dispositif de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en mode normal le circuit numérique de régulation commande l'étage de puissance. 12 2754956 3. Dispositif de régulation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit numérique de régulation est monté dans un boîtier distinct de l'alternateur et le circuit analogique de régulation est embarqué dans l'alternateur. 4. Dispositif de régulation selon l'une quelconques des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de commande comporte: - un dispositif de commande analogique/numérique destiné à recevoir des informations des circuits analogiques et numériques de régulation, et - un commutateur commandé par le dispositif de commande de manière à positionner le dispositif de régulation en mode normal ou en mode dégradé en fonction desdites informations reçues. 5. Dispositif de régulation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le commutateur est embarqué dans l'alternateur alors que le dispositif de commande est isolé notamment mécaniquement et/ou magnétiquement de l'alternateur. 6. Dispositif de régulation selon l'une quelconques des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit numérique de régulation est apte à effectuer la régulation paramètre par paramètre. 7. Dispositif de régulation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit numérique de régulation comporte des moyens de gestion de priorité aptes à commander un changement de paramètre en fonction de ces priorités. 13 2754956 8. Dispositif de régulation selon l'une quelconques des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit numérique de régulation comporte, en outre, des moyens de gestion de seuil de protection à plusieurs niveaux, avec accès hiérarchisé. 9. Dispositif de régulation selon l'une quelconques des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le commutateur est de type analogique pour faibles signaux. 10. Dispositif de régulation selon l'une quelconques des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le dispositif de commande comporte des moyens de détection permettant de détecter un dysfonctionnement du circuit numérique de régulation, le circuit de commande faisant passer le dispositif de régulation du mode normal au mode dégradé en cas de détection. 11. Dispositif de régulation selon l'une quelconques des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'indication de statuts tels que notamment le mode de fonctionnement et/ou les paramètres de programmation.