Brevet FR2797116A1 — publié le 20010202

DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE LES SURTENSIONS GENEREES PAR LES ALTERNATEURS La présente invention est relative aux dispositifs de protection contre les surtensions générées dans les alternateurs. Dans la grande majorité des cas, les alternateurs sont commandés par des boucles d'asservissement qui intègrent des régulateurs et qui permettent de stabiliser leur tension de sortie. Toutefois, du fait des temps de réponse des régulateurs ou des boucles d'asservissement, des surtensions peuvent apparaître durant des phases transitoires. Généralement, un circuit électrique alimenté par un alternateur est protégé contre de telles surtensions au moyen d'un montage à diodes écréteuses de puissance de type zener disposé en sortie du générateur. C'est ce qui est illustré sur les figures 1 et 2. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un générateur G, un régulateur R qui asservit ledit générateur G et un dispositif D à diodes écréteuses relié à la borne de sortie du générateur. La commande S en entrée du régulateur règle la valeur de la tension Vs en sortie du générateur. S'il apparaît une variation brutale de tension, du fait par exemple d'une modification des paramètres en entrée du régulateur, d'une modification de la vitesse d'entraînement ou d'une modification de la charge dans laquelle le courant en sortie de l'alternateur est débité, le système de régulation réagit avec un retard. Durant ce retard, le dispositif d'écrétage de tension agit par absorption d'énergie pour maintenir la tension à un niveau acceptable (figure 2). L'énergie ainsi absorbée dépend principalement du temps de réaction de la commande et de la constante de temps du bobinage inducteur du générateur. Un tel montage donne satisfaction s'il s'agit d'une surtension de faible durée (quelques dizaines de ms). Mais dès que la durée de la surtension est supérieure, la puissance dissipée dans le dispositif d'écrétage atteint alors des valeurs destructives. Pour éviter une destruction du dispositif d'écrétage, il est nécessaire de le surdimensionner, ce qui entraîne des surcoûts et pose des problèmes d'encombrement . Un but de l'invention est de pallier cet inconvénient. Elle propose à cet effet un dispositif de protection contre les surtensions en sortie d'un alternateur comportant un montage à une ou plusieurs diodes Zener adapté pour être monté en sortie d'un alternateur et à écrêter la tension de sortie de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour détecter l'apparition d'un courant d'écrétage circulant dans au moins une diode Zener, ainsi que des moyens qui sont reliés aux moyens de détection et qui réduisent ou annulent l'excitation de l'alternateur lorsqu'un tel courant est détecté. Ainsi, l'invention proposée complète avantageusement le dispositif d'écrétage existant, en limitant le temps de surtension à des valeurs faibles. L'invention est avantageusement complétée par les différentes caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles - les moyens de détection comportent un coupleur optoélectronique qui isole électriquement le circuit de puissance en sortie de l'alternateur et le circuit d'excitation de celui-ci ; - les moyens de détection sont reliés à l'entrée du régulateur ou à un point à l'intérieur de celui-ci de façon à réduire ou annuler l'excitation susceptible d'être générée par ledit régulateur lorsqu'un courant d'écrétage est détecté ; - les moyens pour réduire ou annuler l'excitation de l'alternateur comportent des moyens montés en parallèle ou en série avec le bobinage d'excitation de l'alternateur ; - lesdits moyens comportent des moyens pour modifier la constante de temps du bobinage d'excitation de l'alternateur lorsqu'un courant d'écrétage est détecté ; - lesdits moyens comportent des moyens pour modifier la tension aux bornes du bobinage d'excitation lorsqu'un courant d'écrétage est détecté ; - les moyens de détection se présentent sous la forme d'un module apte à être monté en série avec un dispositif d'écrétage ; - ledit module comporte au moins une diode apte à être montée en série avec le montage d'écrétage et des moyens de commutation qui prennent un état ou un autre selon qu'un courant d'écrétage circule dans la ou lesdites diodes ; - ledit module comporte au moins une diode Zener d'écrétage apte à être montée en série avec le montage d'écrétage et des moyens de commutation qui prennent un état ou un autre selon qu'un courant d'écrétage circule dans ladite diode Zener. L'invention propose en outre un ensemble comportant un alternateur et un dispositif de protection contre les surtensions en sortie de celui-ci, caractérisé en ce que ledit dispositif est un dispositif du type précité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1, déjà discutée, est une représentation schématique d'un montage de générateur conforme à un mode de réalisation possible de l'invention ; - la figure 2 est un graphe illustrant une surtension en sortie du générateur écrêtée par le dispositif d'écrétage du montage de la figure 1 ; - la figure 3 illustre un montage de générateur comportant un dispositif de protection contre les surtensions conforme à un mode de réalisation possible de l'invention ; - la figure 4 est un graphe semblable à celui de la figure 1 qui illustre l'écrétage réalisé par le dispositif de protection du montage de la figure 3 1- - les figures 5 à 7 illustrent différentes variantes de réalisation possibles pour le montage de la figure 3 ; - les figures 8 à 10 sont des représentations schématiques de différents variantes possibles pour la détection du courant d'écrétage. Le montage représenté sur la figure 3 comporte, comme celui de la figure 1, un générateur G, un régulateur R, ainsi qu'un dispositif d'écrétage D à diodes Zener. II comporte en outre un dispositif DI qui est apte à détecter la présence d'un courant d'écrétage à travers les diodes Zener D et qui est monté par rapport au régulateur R ou au générateur G de façon à couper ou réduire l'excitation du générateur lorsqu'un tel courant est détecté. Ainsi, comme l'illustre la figure 4, la durée des surtensions - et donc la durée d'écrétage - est réduite. Les figures 5 et suivantes illustrent des modes de réalisation détaillés. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5, le dispositif de détection de courant joue sur la commande du régulateur R. Le dispositif d'écrétage D comporte plusieurs diodes Zener référencées Z1, Z2 et Z3 - montées en série entre la borne positive et la borne négative de l'alternateur G, en étant passante de la borne négative vers la borne positive. Le dispositif de détection de courant comporte un coupleur optoélectronique qui comprend une photodiode émettrice D1 et un phototransistor T1 qui est monté en regard de ladite photodiode D1. Plus précisément, le phototransistor T1 est monté entre la masse et l'entrée de commande du régulateur. La photodiode D1 est quant à elle montée en série avec une résistance R1 entre les bornes de la diode Zener Z1. Elle est passante de la cathode de ladite diode Zener vers son anode. Une résistance R2 est montée entre les bornes de la diode Z1, tandis qu'une résistance R3 est montée entre l'entrée du régulateur R et un point à un potentiel d'alimentation +Vcc. Lorsque la tension en sortie de l'alternateur G atteint la valeur d'écrétage, un courant d'écrétage Ic circule à travers la diode Z1 et la diode D1 devient émettrice. La lumière ainsi générée par ladite diode D1 ferme alors le transistor T1 qui met l'entrée du régulateur R à la masse. Ledit régulateur commande alors un courant d'excitation nul pour le générateur G. La figure 6 illustre quant à elle un mode de réalisation dans lequel la détection de courant commande directement la coupure de l'excitation de l'alternateur G. Dans le mode de réalisation illustré sur cette figure, le dispositif de détection de courant comporte comme sur la figure 5 un coupleur optoélectronique qui comprend une photodiode D1 et un phototransistor T1, la photodiode D1 étant montée, en série avec la résistance R1, aux bornes d'une diode Zener Z1. Le phototransistor T1 y est monté entre la masse et la cathode d'une diode D2 par laquelle il est relié à la grille d'un transistor T2 de type MOSFET. Ce transistor T2 est quant à lui monté en série avec une diode D3 aux bornes de la bobine d'excitation Be de l'alternateur G, entre la masse et une borne d'alimentation à une tension positive du régulateur R. La grille du transistor T2 est également reliée par une résistance R4 à l'extrémité de la bobine d'excitation Be qui est reliée à la borne d'alimentation positive du régulateur R. La diode D2 est passante de la grille du transistor T2 vers le transistor T1. Sa cathode est reliée audit transistor T1, ainsi qu'à la cathode d'une diode D4 dont l'anode est reliée à l'entrée S du régulateur R. En outre, une résistance R5 est montée entre les bornes du transistor T2. Lorsqu'un courant d'écrétage apparaît dans les diodes Zener Z1 à Z4 et que le phototransistor T1 se ferme, la grille du transistor T2 est mise à la masse, de sorte que le transistor T2 se bloque et que la bobine d'excitation Be se désexcite par modification de sa constante de temps (LIR). Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 7, le transistor T1 est monté entre la masse et la grille d'un transistor T2 de type MOSFET par ailleurs reliée par une résistance R4 à un point à un potentiel d'alimentation positif en sortie du régulateur R, la bobine d'excitation Be de l'alternateur G étant montée en sortie du régulateur R entre la masse et ce point. Le transistor T2 est monté aux bornes d'une diode Zener Z5, dont la cathode est reliée à l'extrémité de la bobine d'excitation Be qui est opposée au point précité au potentiel d'alimentation positif et dont l'anode est reliée à la masse. Une diode D3 est montée aux bornes du régulateur R en étant passante de la masse vers la borne positive dudit régulateur R. En fonctionnement normal, c'est à dire lorsqu'aucun courant d'écrétage ne circule dans les diodes Zener Z1 à Z4, le transistor T1 est bloqué (c'est à dire ouvert) de sorte que le transistor T2 est fermé. L'alimentation de la bobine d'excitation Be est alors fonction du signal S injecté en entrée du régulateur. Lorsque la tension d'écrétage est atteinte dans les diodes Z1 à Z4, le transistor T1 se ferme et le transistor T2 se bloque. L'excitation de la bobine Be est alors empêchée ou à tout le moins limitée par la tension Zener de la diode Z5. D'autres modes de réalisation que ceux qui viennent d'être décrits sont bien entendu possibles pour le circuit de détection de courant DI. En particulier, ainsi qu'illustré sur la figure 8, le dispositif DI peut être constitué par un module apte à être monté en série avec n'importe quel dispositif d'écrétage. Un tel module comporte par exemple d'une part une ou plusieurs diodes en série (diodes d1 et d2 sur la figure 8) qui conduisent le courant d'écrétage avec une tension faible (en l'occurrence de l'ordre de 2 * 0,7 V) et d'autre part un coupleur optoélectronique D1, T1 monté aux bornes de ces diodes d1, d2 en série avec une résistance R. En l'absence de courant d'écrétage, un courant circule dans la diode D1 du coupleur optoélectronique et le transistor T1 est fermé. Lorsqu'un courant d'écrétage apparaît, il circule à travers les diodes d1 et d2 et le phototransistor T1 se bloque. On notera que les montage à coupleur optoélectronique qui viennent d'être décrits en référence aux figures 5 à 8 présentent l'avantage de permettre une isolation galvanique entre le circuit de puissance en sortie de l'alternateur et le circuit de commande de celui-ci. Si aucune isolation entre le circuit de puissance et le circuit d'excitation n'est nécessaire, la détection du courant d'écrétage peut se faire par un montage à transistor T et pont diviseur. C'est ce qu'illustrent les figures 9 et 10 dans le cas de modules aptes à être montés en série avec un dispositif d'écrétage existant. Sur la figure 9, la grille du transistor T est commandée par la tension aux bornes de diodes d1 et d2 qui conduisent le courant d'écrétage avec une tension faible. Sur la figure 10, elle est commandée par la tension aux bornes d'une diode Zener Z6 d'écrétage. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection contre les surtensions en sortie d'un alternateur comportant un montage à une ou plusieurs diodes Zener adapté pour être monté en sortie d'un alternateur et à écrêter la tension de sortie de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour détecter l'apparition d'un courant d'écrétage circulant dans au moins une diode Zener, ainsi que des moyens qui sont reliés auxdits moyens de détection et qui réduisent ou annulent l'excitation de l'alternateur lorsqu'un tel courant est détecté. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection comportent un coupleur optoélectronique qui isole électriquement le circuit de puissance en sortie de l'alternateur et le circuit d'excitation de celui-ci 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de détection sont reliés à l'entrée du régulateur ou à un point à l'intérieur de celui-ci de façon à réduire ou annuler l'excitation susceptible d'être générée par ledit régulateur lorsqu'un courant d'écrétage est détecté. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour réduire ou annuler l'excitation de l'alternateur comportent des moyens montés en parallèle ou en série avec le bobinage d'excitation de l'alternateur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent des moyens pour modifier la constante de temps du bobinage d'excitation de l'alternateur lorsqu'un courant d'écrétage est détecté. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent des moyens pour modifier la tension aux bornes du bobinage d'excitation lorsqu'un courant d'écrétage est détecté. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détection se présentent sous la forme d'un module apte à être monté en série avec un dispositif d'écrétage. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit module comporte au moins une diode apte à être montée en série avec le montage d'écrétage et des moyens de commutation qui prennent un état ou un autre selon qu'un courant d'écrétage circule dans la ou lesdites diodes. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit module comporte au moins une diode Zener d'écrétage apte à être montée en série avec le montage d'écrétage et des moyens de commutation qui prennent un état ou un autre selon qu'un courant d'écrétage circule dans ladite diode Zener. 10. Ensemble comportant un alternateur et un dispositif de protection contre les surtensions en sortie de celui-ci, caractérisé en ce que ledit dispositif est un dispositif selon l'une des revendications précédentes.