Brevet FR3052308A1 — publié le 20171208

La présente invention a pour objet un procédé de personnalisation du fonctionnement d'un régulateur d'alternateur. Les régulateurs d'alternateur disposent classiquement de différents modes de régulation dont trois des plus connus sont : - la régulation en tension, pour un alternateur débitant sur une charge, qu'il soit isolé ou mis en parallèle avec d'autres alternateurs, - la régulation en puissance réactive ou en facteur de puissance en un point de l'installation, pour un alternateur de machine couplée à un réseau, - la régulation en courant d'excitation lors de la mise en service ou en marche manuelle de l'alternateur. Pour chacun de ces modes, il existe différentes façons pour donner une consigne de régulation, par exemple, pour la régulation de tension : - en utilisant une valeur figée pour cette consigne dans le régulateur, par exemple une tension de 400V, - en utilisant une entrée analogique pouvant faire varier la consigne dans une plage figée, par exemple une plage de tension permettant de couvrir +1-10% autour de 400V, soit une tension entre 360 et 440V, - en utilisant des entrées digitales correspondant à des « pas » en plus ou en moins par rapport à une consigne figée, par exemple l'appui sur un bouton « + » ou « - » permettant de faire varier la tension d'un pas de 2V en plus ou en moins autour de 400V, - en utilisant une consigne provenant d'une communication extérieure, c'est-à- dire que la valeur de la consigne à atteindre sera donnée par un organe supérieur tel qu'un automate. Dans le cas de la régulation en tension, la correction de la consigne peut s'effectuer selon différentes lois, parmi lesquelles : - le statisme, illustré à la figure la, où la tension U de sortie de l'alternateur est régulée en fonction de la puissance réactive délivrée par l'alternateur. La tension est abaissée ou augmentée proportionnellement à l'accroissement de la puissance réactive mesurée. Le coefficient directeur de la droite cl représente le coefficient de statisme ; 3052308 2 - la compensation de chute en ligne, illustrée à la figure lb, qui est similaire à la figure la, à la différence que la tension U de sortie de l'alternateur est régulée en fonction de la puissance active délivrée. La tension U est abaissée ou augmentée proportionnellement à la puissance active mesurée et au coefficient 5 directeur de la droite c2. - le différentiel réactif, encore appelé « cross current compensation » en anglais, permettant à deux ou plusieurs alternateurs parallèles de partager équitablement une charge réactive, par le biais d'une boucle réalisée physiquement entre les mesures de courant de ces alternateurs ; 10 - la sous-vitesse, illustrée à la figure 1 c, permettant d'abaisser la consigne de tension U suivant une droite lorsque la fréquence f de la tension aux bornes de l'alternateur est inférieure à une valeur fc appelée valeur de coude. Le coefficient a représenté à la figure le est la pente de sous-vitesse, étant généralement comprise entre 1 et 5. 15 Ces modes de régulation sont conventionnellement implémentés dans le régulateur de manière définitive, sans possibilité de modification. Seules les valeurs des coefficients, tels que le coude de sous-vitesse et la tension de consigne, sont modifiables. Par ailleurs, il existe des régulateurs d'alternateurs pouvant être programmés via une interface. 20 Le brevet US 8 829 862 B2 présente un régulateur d'alternateur avec une interface de traitement de signal programmable. Cette interface produit un signal représentatif d'un courant d'excitation, lequel est en concordance avec la différence entre une tension de consigne et la tension de sortie mesurée aux bornes d'une batterie électrique du véhicule. Le circuit de contrôle de l'excitation est commandé par une machine à états qui prend en compte des 25 paramètres d'entrée tels que la température de la machine et des instructions fournies par l'unité de contrôle du moteur, afin de déterminer un mode de fonctionnement adapté à la situation. Le brevet US 5 285 147 traite d'un régulateur de tension numérique comprenant un processeur qui exécute un programme sauvegardé en mémoire, lequel répond aux conditions 30 d'entrée du système afin d'établir une commande représentant le niveau de signal de contrôle requis pour maintenir la puissance de sortie de l'alternateur au niveau désiré. Cette commande est établie selon un algorithme incluant un gain et une fonction de compensation. La logique de 3052308 3 l'algorithme et les coefficients du gain et de la fonction de compensation sont sauvegardés par le circuit de mémoire. Le brevet US 5 013 995 concerne un régulateur d'alternateur implémentant une courbe limite de courant programmable. Les points caractéristiques de la courbe et les 5 différentes pentes sont définis à partir de valeurs de référence et celles du courant maximum détecté. Un algorithme calcule une erreur de courant représentant la différence entre le courant détecté et une valeur présélectionnée stockée en mémoire. Cet algorithme inclut un gain et une fonction de compensation dont l'objectif est de minimiser ladite erreur. Il existe un besoin pour perfectionner encore les régulateurs d'alternateur afin 10 notamment de faciliter leur personnalisation de façon à adapter au mieux leur fonctionnement à l'environnement d'utilisation. L'invention a pour but de répondre à ce besoin, et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, grâce à un procédé de personnalisation du fonctionnement d'un régulateur d'alternateur comportant au moins un processeur exécutant un programme régissant son 15 fonctionnement, ledit régulateur recevant des signaux d'entrée et générant des signaux de commande en fonction d'au moins une loi de régulation, cette loi définissant des valeurs de consigne à atteindre au cours du fonctionnement du régulateur et étant modifiable par l'intermédiaire d'une interface de programmation sans reprogrammation entière du régulateur, procédé dans lequel ladite au moins une loi de régulation est implémentée dans 20 le régulateur à l'aide de l'interface par l'entrée d'au moins les coordonnées (x,f(x)) d'au moins deux points de ladite loi, où x est une grandeur d'entrée et y=f(x) une valeur de consigne associée, et/ou par l'entrée de la loi f elle-même. Grâce à l'invention, il est possible de personnaliser le fonctionnement du régulateur d'alternateur en entrant, selon le besoin, tout ou partie de la loi de régulation sous forme de 25 points ou d'équation, sans devoir reprogrammer entièrement le régulateur. L'invention permet de choisir une consigne de régulation et une grandeur d'entrée associée en fonction de laquelle cette consigne évoluera. Donc, il est possible de réaliser, si on le souhaite, une loi de régulation non existante par défaut dans le régulateur, par exemple la tension en fonction du facteur de puissance, sans reprogrammation complète du 30 processeur du régulateur pour remplacer une version du programme régissant son fonctionnement par une nouvelle version d'ordre supérieur. 3052308 4 Selon un mode de réalisation avantageux, au moins trois points d'une loi de régulation de l'alternateur sont entrés à l'aide de l'interface de programmation. Le programme du régulateur calcule alors la fonction de régulation passant par ces points. En variante, la loi de régulation est une composée d'au moins deux fonctions. 5 Autrement dit, il est possible de chaîner plusieurs fonctions de régulation simples pour obtenir des fonctions plus complexes. La fonction de régulation entre deux points consécutifs peut être linéaire, de façon à obtenir une droite de régulation. La fonction peut également être non linéaire, par exemple polynomiale. 10 De préférence, la grandeur d'entrée et la valeur de consigne sont choisies parmi tous les paramètres disponibles dans le régulateur, par exemple : - la température ambiante mesurée, - la température mesurée sur le bloc de puissance, - le courant d'excitation, 15 - la tension mesurée du réseau, - la puissance réactive aux bornes de l'alternateur, - le facteur de puissance cos(phi) mesuré aux bornes de l'alternateur, phi étant le déphasage entre le courant alternateur et la tension alternateur, - le facteur de puissance mesuré en un point quelconque du raccordement (point 20 de livraison par exemple). L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un régulateur d'alternateur comportant au moins un processeur exécutant un programme régissant son fonctionnement, ce programme comportant des instructions de façon à pouvoir mettre en oeuvre un procédé de personnalisation du fonctionnement du régulateur, ledit régulateur 25 recevant des signaux d'entrée et générant des signaux de commande en fonction d'au moins une loi de régulation, cette loi définissant des valeurs de consigne à atteindre au cours du fonctionnement du régulateur et étant modifiable par l'intermédiaire d'une interface de programmation sans reprogrammation entière du régulateur, le régulateur étant agencé de telle sorte que ladite au moins une loi de régulation puisse être implémentée à l'aide de 30 l'interface par l'entrée d'au moins les coordonnées (x,f(x)) d'au moins deux points de ladite 3052308 5 loi, où x est une grandeur d'entrée et y=f(x) une valeur de consigne associée, et/ou par l'entrée de la loi f elle-même. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur 5 lequel : - les figures la, lb et le représentent des courbes de lois de régulation en tension de l'art antérieur, - la figure 2 est un schéma en blocs d'un ensemble régulateur et alternateur selon l'invention, et 10 - la figure 3 représente un exemple de loi de régulation selon l'invention. On a représenté à la figure 2 un ensemble 1 selon l'invention, composé d'un alternateur 4 et d'un régulateur associé 5. L'alternateur 4 peut être de tout type connu, étant entraîné en rotation par exemple par un moteur à combustion, ou par une source d'énergie autre, notamment en cas 15 d'utilisation de l'alternateur en éolien ou en hydraulique, ou encore par une turbine à gaz. L'alternateur 4 comporte typiquement une excitatrice et une machine principale dont l'inducteur est alimenté par l'induit de l'excitatrice. Le régulateur 5 permet de contrôler le courant dans la machine principale de façon à maintenir le fonctionnement de l'alternateur dans un régime prédéfini, selon au moins une loi de régulation, comme cela 20 sera détaillé dans la suite. Le régulateur 5 peut être disposé dans un boîtier séparé de l'alternateur 4, par exemple dans une armoire électrique, ou en variante être présent dans un boîtier fixé sur le carter de l'alternateur 4. Dans le cas d'un alternateur 4 entraîné par un moteur thermique, le régulateur 5 25 peut recevoir le cas échéant des informations du contrôleur de ce moteur, par exemple afin d'effectuer une régulation anticipant les variations de charge. Le régulateur 5 comporte un processeur 2 comportant par exemple un ou plusieurs microcontrôleurs avec l'électronique associée. Le régulateur 5 comporte également une interface 3 qui permet à un opérateur d'entrer des valeurs de paramètres dans le régulateur 30 et/ou d'autres données. 3052308 6 L'interface 3 comporte par exemple des boutons, un clavier, un afficheur, un écran, notamment tactile, un port de communication, par exemple selon la norme USB, RS232 ou RS485, et toutes combinaisons de ces moyens d'entrée/sortie de données. Le régulateur 5 comporte une interface de mesure qui permet la lecture de signaux 5 représentatifs du fonctionnement de l'alternateur, par exemple la valeur de tension de sortie de l'alternateur, la valeur des courants au sein de l'inducteur de la machine principale, de l'induit de la machine principale, de l'induit de l'excitatrice, de l'inducteur de l'excitatrice, ainsi que la température en un ou plusieurs points de l'alternateur, par exemple la température du bobinage stator, rotor, ou des paliers. 10 Le régulateur 5 peut également recevoir des signaux de la machine qui entraîne l'alternateur 4, le cas échéant, comme mentionné plus haut. Le régulateur 5 peut comporter une interface de puissance qui permet par exemple de piloter le courant dans l'inducteur de la machine principale. Le processeur 2 comporte au moins une mémoire, par exemple de type EEPROM, 15 qui contient un programme régissant le fonctionnement du régulateur 5. Ce programme est chargé dans le régulateur à la fabrication de celui-ci. Ce programme permet d'assurer la régulation du fonctionnement de l'alternateur 4 selon au moins une loi de régulation implémentée par défaut. Le programme permet également de gérer l'interface 3 de façon à permettre à 20 l'opérateur de modifier des valeurs présentes par défaut dans le régulateur. Conformément à l'invention, le régulateur 5 est agencé de telle sorte que l'opérateur puisse disposer d'une grande liberté de personnalisation du fonctionnement du régulateur 5 sans avoir à remplacer la version existante du programme par une nouvelle version. 25 Le régulateur 5 est en effet agencé de telle sorte que l'opérateur puisse : - sélectionner la nature de la grandeur d'entrée x, - sélectionner la nature de la consigne associée y, - entrer les coordonnées d'au moins deux points de la loi de régulation y=f(x). A titre d'exemple, on a illustré à la figure 3 le cas où la régulateur 5 est agencé pour 30 permettre à l'opérateur d'entrer quatre points pl à p4 de fonctionnement d'une loi de régulation U=f(kVAr), U étant la tension de sortie de l'alternateur pouvant être la tension 3052308 7 moyenne mesurée sur les trois phases, et kVAr la puissance réactive définie comme étant la moyenne des puissances réactives de chaque phase de l'alternateur. Ainsi, l'utilisateur peut, à l'aide de l'interface 3, entrer les coordonnées de chacun des points pl à p4. 5 Le régulateur 5 est agencé de sorte à appliquer au cours du fonctionnement la loi de régulation telle que représentée à la figure 3, qui passe par les points pl à p4 et qui est linéaire par intervalles. Au cours de la régulation, les points intermédiaires entre les points pl à p4 entrés par l'utilisateur peuvent être calculés en temps réel par le processeur 2. En variante, une 10 fois les points pl à p4 entrés par l'utilisateur dans l'interface 3, le processeur 2 calcule des points intermédiaires entre ces points entrés par l'utilisateur et les stocke dans une table. Au cours du fonctionnement du régulateur, le processeur lie directement les valeurs ainsi présentes dans la table, ce qui peut économiser du temps de calcul. Dans une variante de réalisation, le régulateur 5 est agencé pour permettre à 15 l'opérateur d'entrer une loi y=f(x) sous sa forme algébrique. Le régulateur 5 comporte un éditeur qui interprète la loi entrée sous sa forme algébrique pour calculer y=f(x) en tout point au cours de la régulation. En variante, le régulateur 5 calcule dès la loi entrée par l'opérateur les points de la fonction de régulation et les mémorise dans une table à laquelle le processeur 2 accède ensuite au cours de la régulation, de façon à éviter d'avoir à calculer 20 les valeurs en temps réel. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de loi de régulation donné à la figure 3. En particulier, le nombre de points entrés pas l'utilisateur peut être différent. Le régulateur 5 est par exemple agencé pour permettre à l'opérateur d'entrer le nombre de points qu'il souhaite imposer pour la loi de régulation ; ensuite, le régulateur 5 l'invite à entrer 25 successivement les coordonnées de ces différents points. Les paramètres de la loi de régulation peuvent être autres que la tension et la puissance réactive. On a par exemple la grandeur d'entrée qui est choisie parmi la température mesurée au bobinage du stator de l'alternateur, le courant d'excitation, la tension moyenne du 30 réseau, la puissance moyenne réactive délivrée par l'alternateur, le facteur de puissance cos(phi) de l'alternateur de l'une des phases, phi étant le déphasage entre le courant de la 3052308 8 phase considérée et la tension de cette même phase, et la grandeur de consigne associée peut être choisie dans la même liste ou parmi les autres paramètres du régulateur. Il est possible de réaliser le régulateur 5 de façon à permettre à l'opérateur d'entrer plusieurs lois de régulation, ces lois de régulation étant par exemple appliquées en parallèle 5 ou appliquées de telle sorte que la loi de régulation finale soit une fonction composée des différentes fonctions de régulation entrées. REVENDICATIONS1. Procédé de personnalisation du fonctionnement d'un régulateur (5) d'alternateur (4) comportant au moins un processeur (2) exécutant un programme régissant son fonctionnement, ledit régulateur recevant des signaux d'entrée et générant des signaux de commande en fonction d'au moins une loi de régulation, cette loi définissant des valeurs de consigne à atteindre au cours du fonctionnement du régulateur et étant modifiable par l'intermédiaire d'une interface de programmation (3) sans reprogrammation entière du régulateur, procédé dans lequel ladite au moins une loi de régulation est implémentée dans le régulateur (5) à l'aide de l'interface (3) par l'entrée d'au moins les coordonnées (x,f(x)) d'au moins deux points de ladite loi f, où x est une grandeur d'entrée et y=f(x) une valeur de consigne associée, et/ou par l'entrée de la loi f elle-même. 2. Procédé selon la revendication précédente, trois points de la loi de régulation étant entrés à l'aide de l'interface de programmation. 3. Procédé selon la revendication précédente, un quatrième point étant entré à l'aide de l'interface de programmation. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la loi de régulation étant une composée d'au moins deux fonctions. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, une fonction entre deux points consécutifs étant linéaire. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, une fonction entre deux points consécutifs étant non linéaire. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la grandeur d'entrée étant choisie parmi les paramètres suivants : - la tension mesurée du réseau, - la puissance réactive aux bornes de l'alternateur, - le facteur de puissance cos(phi) mesuré aux bornes de l'alternateur, phi étant le déphasage entre le courant alternateur et la tension alternateur. 3052308 10 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la valeur de consigne étant choisie parmi les paramètres énumérés à la revendication précédente. 9. Régulateur (5) d'alternateur (4) comportant au moins un processeur (2) exécutant un 5 programme régissant son fonctionnement, ce programme comportant des instructions de façon à pouvoir mettre en oeuvre un procédé de personnalisation du fonctionnement du régulateur (5), ledit régulateur recevant des signaux d'entrée et générant des signaux de commande en fonction d'au moins une loi de régulation, cette loi définissant des valeurs de consigne à atteindre au cours du fonctionnement 10 du régulateur et étant modifiable par l'intermédiaire d'une interface de programmation (3) sans reprogrammation entière du régulateur, régulateur (5) étant agencé de telle sorte que ladite au moins une loi de régulation puisse être implémentée à l'aide de l'interface (3) par l'entrée d'au moins les coordonnées (x,f(x)) d'au moins deux points de ladite loi, où x est une grandeur d'entrée et y=f(x) 15 une valeur de consigne associée, et/ou par l'entrée de la loi f elle-même.