FR2511205A1 - METHOD AND DEVICE FOR REGULATING THE VOLTAGE OF A DIRECT ELECTRIC CURRENT GENERATOR - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE REGULATION DE LA TENSION
D'UN GENERATEUR DE COURANT ELECTRIQUE CONTINU
La présente invention s'applique à un procédé de régulation de la tension d'un générateur de courant électrique continu tel qu'un système alternateurredresseur équipant un véhicule automobile routier pour l'alimentation de son circuit électrique par l'intermédiaire d'une batterie tampon.VOLTAGE REGULATION METHOD AND DEVICE
OF A DIRECT ELECTRIC CURRENT GENERATOR
The present invention applies to a method of regulating the voltage of a direct current generator such as a alternator-rectifier system fitted to a road motor vehicle for supplying its electrical circuit by means of a buffer battery. .
L'invention concerne également le dispositif de régulation d'un générateur électrique pour la mise en oeuvre de ce procédé.The invention also relates to the device for regulating an electric generator for implementing this method.
Les premiers générateurs de courant electrique continu furent utilisés sur les véhicules automob-iles principalement pour assurer la recharge de la batterie d'accumulateur permettant d'actionner un démarreur electrique du moteur du véhicule. Les premiers systèmes d'allumage des moteurs des véhicules fonctionnaient à l'aide de magnétos,c'est-à-dire de générateurs de courant alternatif à aimants et à haute tension directe et n'exigeaient pas de batterie d'accumulateur sur le véhicule mais,dès l'installation d'une batterie sur les véhicules les constructeurs trouvèrent de nombreux autres usages à la source de courant continu complexe constituée par une batterie tampon chargée en permanence par une dynamo, parmi lesquels on peut citer: l'allumage à rupteur plus efficace a bas régime du moteur, l'éclairage du véhicule et de nombreux moteurs d'asservissements. Ces divers usages, en particulier l'éclairage par lampes à incandescence exigèrent la stabilisation de la tension de charge de la batterie, en particulier pour éviter de griller trop rapidement le filament des lampes à incandescence. Les regulateurs des dynamos comportaient généralement un bobinage de régulation de tension et un bobinage de régulation d'intensité qui provoquaient,en cas de dépassement de l'intensité et/ou de la tension de consigne, la commutation du circuit d'excitation de la dynamo sur une résistance réduisant l'intensité d'excitation.Par ailleurs, le régulateur des dynanios était complété par un organe appelé conjoncteurdisjoncteur qui établissait la liaison entre la dynamo et la batterie tampon débitant sur le réseau du véhicule, seulement lorsque la tension de la dynamo était supérieure à celle de la batterie. The first generators of direct electric current were used on motor vehicles mainly to ensure the recharging of the accumulator battery allowing to actuate an electric starter of the engine of the vehicle. The early ignition systems of vehicle engines operated with magnetos, that is to say alternating current generators with magnets and direct high voltage and did not require a storage battery on the vehicle but, as soon as a battery was installed on vehicles, manufacturers found many other uses for the complex direct current source constituted by a buffer battery permanently charged by a dynamo, among which we can cite: ignition switch more efficient at low engine speeds, vehicle lighting and many servo motors. These various uses, in particular lighting by incandescent lamps, required the stabilization of the charge voltage of the battery, in particular to avoid too quickly toasting the filament of incandescent lamps. Dynamos regulators generally included a voltage regulation winding and an intensity regulation winding which caused, in case of exceeding the current and / or the set voltage, the switching of the dynamo excitation circuit on a resistance reducing the intensity of excitation. In addition, the regulator of the dynanios was supplemented by a body called conjoncteurdisjoncteur which established the connection between the dynamo and the buffer battery discharging on the network of the vehicle, only when the tension of the dynamo was greater than that of the battery.
Avec l'utilisation des systèmes alternateur-redresseur, le régulateur de charge fut simplifié et réduit à la fonction d'un simple stabilisateur de tension. Cette simplification fut rendue possible par le fait que l'alternateur, par suite de la saturation de son circuit magnétique, se comporte comme une réactance qui, à tension constante, limite le courant débité à une valeur maximale ne risquant pas de provoquer la surchauffe des bobinages induits. With the use of alternator-rectifier systems, the charge regulator was simplified and reduced to the function of a simple voltage stabilizer. This simplification was made possible by the fact that the alternator, as a result of the saturation of its magnetic circuit, behaves like a reactance which, at constant voltage, limits the current delivered to a maximum value not likely to cause overheating of the induced windings.
Ce mode de régulation simplifié pour les alternateurs montés sur les véhicules automobiles, utilise des régulateurs électromécaniques à contact ou électroniques et présente certaines insuffisances en particulier à l'égard des batteries. Ainsi, dans le cas ou la tension de a batterie diminue de façon importante, par exemple parce que deux plaques sont mises en courtcircuit temporaire par un débris de plaque, le régulateur, en stabilisant la tension de charge de la batterie au voisinage de la tension maximale de charge de la batterie, provoque une surcharge de la batterie à forte intensité qui détruit rapidement les plaques de la batterie. This simplified regulation mode for alternators mounted on motor vehicles, uses electromechanical contact or electronic regulators and has certain shortcomings, in particular with regard to batteries. Thus, in the case where the battery voltage decreases significantly, for example because two plates are short-circuited temporarily by a plate debris, the regulator, by stabilizing the charge voltage of the battery near the voltage maximum battery charge, causes a high current overcharge of the battery which quickly destroys the battery plates.
Lorsque l'utilisateur du véhicule sollicite peu le circuit électrique, par exemple au cours d'un long roulage de jour par temps sec, la batterie déjà bien chargée au départ du véhicule subit en permanence une légère surcharge contrôlée par le régulateur de l'alternateur. Dans le cas où le régulateur est dérégle par suite d'une dérive qui a élevé la tension de régulation, la surcharge "de service" du réseau électrique,finit par détruire la batterie et les éléments du circuit électrique tels que les lampes a incandescence qui ne supportent pas une surcharge de tension importante. When the user of the vehicle makes little use of the electrical circuit, for example during a long daytime run in dry weather, the battery already fully charged at the start of the vehicle is permanently subjected to a slight overload controlled by the regulator of the alternator. . In the event that the regulator is disturbed as a result of a drift which has raised the regulation voltage, the "service" overload of the electrical network, ends up destroying the battery and the elements of the electrical circuit such as incandescent lamps which do not support a significant voltage overload.
Les études récentes sur la réduction de la consommation de carburant des véhicules automobiles montrent que pour une voiture automobile de tourisme en circulation urbaine, l'entraînement de l'alternateur par le moteur est responsable d'une consommation de carburant qui peut atteindre un litre par cent kilomètres. La diminution des pertes d'origine électrique des genera- teurs de courant continu rotatifs embarqués exige une maîtrise plus grande du circuit d'excitation qui reste en fait continuellement sous tension et engendre des pertes importantes même lorsque l'alternateur ne débite pas sur le réseau du véhicule.Pour diminuer les risques de surcharge des batteries par les alternateurs relativement sensibles en particulier sur les véhicules routiers lourds en long parcours et, également, pour diminuer la surcharge thermique du circuit d'excitation des alternateurs, on a déjà proposé de couper l'excitation de l'alternateur lorsque la tension de charge de la batterie dépasse une valeur de seuil correspondant à la tension de surcharge de la batterie et de rétablir cette excitation lorsque la tension de la batterie redescend en dessous de cette tension de surcharge. Recent studies on the reduction of fuel consumption of motor vehicles show that for a passenger car in urban traffic, the driving of the alternator by the engine is responsible for a fuel consumption which can reach one liter per hundred kilometers. The reduction of losses of electrical origin from on-board rotary direct current generators requires greater control of the excitation circuit which in fact remains continuously energized and generates significant losses even when the alternator does not supply on the network. To reduce the risk of overcharging the batteries by relatively sensitive alternators, in particular on heavy road vehicles on long journeys, and also to reduce the thermal overload of the alternator excitation circuit, it has already been proposed to cut the 'excitation of the alternator when the battery charging voltage exceeds a threshold value corresponding to the battery overload voltage and to restore this excitation when the battery voltage drops below this overload voltage.
L'expérience montre que ce procédé de régulation évite la destruction des batteries par surcharge mains ne provoque pratiquement pas de diminution des pertes et de l'échauffement de l'alternateur.Experience shows that this regulation process avoids destruction of the batteries by overcharging hands practically does not reduce losses and overheating of the alternator.
L'un des buts de la présente invention est précisément de réaliser une régulation du circuit d'excitation de l'alternateur qui protège la batterie contre les intensités de surcharge tout en la maintenant à un bon niveau de charge et en réduisant de façon importante les pertes énergétiques de l'alternateur qui provoquent son échauffement en service prolongé. One of the aims of the present invention is precisely to regulate the excitation circuit of the alternator which protects the battery against overcharging intensities while maintaining it at a good level of charge and significantly reducing the energy losses from the alternator which cause it to heat up during prolonged service.
A cet effet, le procédé de régulation de la tension de sortie d'un générateur de courant électrique continu à entraînement mécanique tel qu'une dynamo ou un ensemble alternateur-redresseur de charge d'au moins une batterie d'accumulateur placée en tampon sur un réseau électrique utilisateur alimenté en energie électrique par le générateur et contrôlé par un organe conjoncteurdisjoncteur qui relie le générateur à la batterie et au réseau seulement lorsque la tension du générateur est voisine de, ou supérieure à, celle de la batterie et par un comparateur de tension du réseau apte a déclencher la réduction ou la suppression du courant d'excitation du générateur lorsque la tension du réseau dépasse une valeur limite supérieure, est caractérisé en ce que le comparateur contrôle la tension aux bornes de la batterie et, d'une part, déclenche la coupure totale du circuit d'excitation lorsque la tension aux bornes de la batterie atteint une valeur de seuil supérieure correspondant sensiblement a la tension maximale normale de charge de la batterie, d'autre part, établit ou rétablit le circuit d'excitation du générateur indépendamment d'une éventuelle coupure par l'organe conjoncteurdisjoncteur lorsque la tension aux bornes de la batterie est respectivement inférieure ou redescendue à une valeur de seuil inférieure correspondant sensiblement à la tension nominale garantie de la batterie de telle manière que le circuit d'excitation soit successivement fermé sur lui-même pendant une phase de montée de la tension de la batterie jusqu'à sa valeur de charge maximale normale à partir de sa valeur nominale garantie ou, le cas échéant, d'une valeur inférieure, puis ouvert et donc coupé pendant une phase de descente de la tension de la batterie depuis sa valeur maximale normale de charge jusqu'à sa valeur nominale ou, le cas echéant, l'arrêt de la marche du générateur afin de réduire, à puissance électrique débitée égale, les pertes et l'échauffement du générateur. La valeur de seuil supérieure correspond de préférence sensiblement à une valeur de tension légèrement inférieure à la tension maximale normale de charge de la batterie, de manière à provoquer la coupure du circuit d'excitation avant que la batterie ne risque de supporter un courant de charge trop important en cas de baisse accidentelle de la tension de batterie. To this end, the method of regulating the output voltage of a generator of direct electric current with mechanical drive such as a dynamo or an alternator-rectifier of charge of at least one accumulator battery placed in buffer on a user electrical network supplied with electrical energy by the generator and controlled by a circuit breaker which connects the generator to the battery and to the network only when the generator voltage is close to, or greater than, that of the battery and by a comparator of network voltage suitable for triggering the reduction or elimination of the generator excitation current when the network voltage exceeds an upper limit value, is characterized in that the comparator checks the voltage across the battery and, on the one hand , triggers the total cut-off of the excitation circuit when the voltage across the battery reaches a higher threshold value corresponding substantially at the maximum normal battery charge voltage, on the other hand, establishes or re-establishes the generator excitation circuit independently of a possible cut-off by the contactor circuit breaker when the voltage across the battery is lower or lowered respectively at a lower threshold value corresponding substantially to the guaranteed nominal voltage of the battery in such a way that the excitation circuit is successively closed on itself during a phase of rise of the battery voltage to its charge value normal maximum from its guaranteed nominal value or, if applicable, from a lower value, then opened and therefore cut during a phase of descent of the battery voltage from its normal maximum charge value to its nominal value or, if applicable, stopping the generator running in order to reduce, at equal delivered electrical power, the losses and the heating of the generator. The upper threshold value preferably corresponds substantially to a voltage value slightly lower than the normal maximum charge voltage of the battery, so as to cause the excitation circuit to be cut off before the battery risks carrying a charging current. too large in case of accidental drop in battery voltage.
Selon un mode de réalisation applicable en particulier aux véhicules automobiles, la liaison entre le comparateur de tension et la batterie est contrôlée par un interrupteur placé sous la dépendance de la marche normale du générateur, tel que l'interrupteur de mise en marche du générateur ou, dans le cas d'un véhicule équipé du générateur électrique, l'interrupteurcommutateur de mise en marche du véhicule. Le comparateur de tension électronique ne reste ainsi pas sous la tension de la batterie lorsque le véhicule n'est pas en service, ce qui évite de décharger la batterie. According to an embodiment applicable in particular to motor vehicles, the connection between the voltage comparator and the battery is controlled by a switch placed under the dependence of the normal running of the generator, such as the generator start switch or , in the case of a vehicle fitted with the electric generator, the vehicle start switch switch. The electronic voltage comparator thus does not remain under the battery voltage when the vehicle is not in service, which avoids discharging the battery.
Selon un mode de réalisation de l'invention permettant son application aux générateurs de courant continu existant déjà équipes d'un régulateur de tension de type connu, le comparateur de tension de batterie est superposé à un régulateur de tension standard du type déclenchant la réduction et/ou la suppression du courant d'excitation du générateur dès que la tension de sortie du générateur atteint une valeur limite supérieure de manière à réduire la croissance de, et le cas échéant stabiliser, cette tension de sortie au delà de cette valeur limite supérieure.La valeur limite supérieure de la tension de sortie du générateur servant de seuil supérieur au régulateur standard est alors choisie à une valeur légèrement supérieure à la tension maximale normale de charge de la batterie de manière à permettre le contrôle normal du circuit d'excitation du générateur par le seul comparateur de tension de batterie apte à declencher la coupure totale du circuit d'excitation, le comparateur de tension standard fonctionnant en secours éventuel. According to an embodiment of the invention allowing its application to existing direct current generators already equipped with a known type voltage regulator, the battery voltage comparator is superimposed on a standard voltage regulator of the type triggering the reduction and / or the elimination of the generator excitation current as soon as the generator output voltage reaches an upper limit value so as to reduce the growth of, and if necessary stabilize, this output voltage beyond this upper limit value. The upper limit value of the generator output voltage serving as an upper threshold for the standard regulator is then chosen at a value slightly higher than the maximum normal battery charge voltage so as to allow normal control of the generator excitation circuit. by the only battery voltage comparator capable of triggering the total interruption of the excitation circuit, the voltage comparator on standard operating as a backup.
En variante, la valeur limite supérieure de la tension de sortie du generateur servant de seuil supérieur au régulateur standard est choisie à une valeur légèrement inférieure à la tension maximale de charge de la batterie de manière à provoquer la réduction de la vitesse de montee de la tension de la batterie après qu'elle ait atteint cette valeur limite servant de seuil supérieur au comparateur standard et à accroître ainsi la durée de fonctionnement du générateur à une tension voisine de la tension maximale normale de charge de la batterie. As a variant, the upper limit value of the generator output voltage serving as an upper threshold for the standard regulator is chosen at a value slightly lower than the maximum battery charging voltage so as to cause a reduction in the rise speed of the voltage of the battery after it has reached this limit value serving as a threshold higher than the standard comparator and thus increasing the operating time of the generator at a voltage close to the maximum normal voltage for charging the battery.
Le dispositif pour la mise en oeuvre du-procédé selon l'invention, appliqué à un régulateur de la tension de sortie d'un générateur de courant électrique continu à entraînement mécanique tel qu'une dynamo ou un ensemble alternateurredresseur de charge d'au moins une batterie d'accumulateur placée en tampon sur un réseau électrique utilisateur alimenté en énergie électrique par le générateur, le régulateur comportant un interrupteur du circuit d'excitation du générateur actionné par l'intermédiaire d'un circuit électrique tel qu'un relais ou électronique tel qu'un transistor ou un thyristor, est caractérisé en ce que l'interrupteur est contrôlé par un organe comparateur relié aux bornes de la batterie pour en mesurer la tension et reglé pour, d'une part, lorsque la tension delabatterie dépasse urlàeuil voisindeoulegeremerltinferieur la tension maximale normale de charge, déclencher un signal de seuil supérieur qui actionne l'interrupteur pour qu'il coupe le circuit d'excitation du générateur et, d'autre part, lorsque la tension de la batterie est redescen due auvoisinnage de, ou est inférieure à, sa valeur nominale garantie, déclencher un signal de seuil inférieur qui actionne l'interrupteur pour qu'il rétablisse ou respectivement établisse le circuit d'excitation du générateur. The device for implementing the method according to the invention, applied to a regulator of the output voltage of a generator of direct electric current with mechanical drive such as a dynamo or an alternator-load rectifier assembly of at least an accumulator battery placed in buffer on a user electrical network supplied with electrical energy by the generator, the regulator comprising a switch of the generator excitation circuit actuated by means of an electrical circuit such as a relay or electronic such as a transistor or a thyristor, is characterized in that the switch is controlled by a comparator member connected to the terminals of the battery to measure the voltage and adjusted for, on the one hand, when the voltage of the battery exceeds urleuileuilreegergeremerltinferieur the normal maximum charging voltage, trigger an upper threshold signal which actuates the switch so that it cuts the generator excitation circuit erator and, on the other hand, when the battery voltage is lowered due to the vicinity of, or is less than, its guaranteed nominal value, trigger a lower threshold signal which actuates the switch so that it restores or respectively establishes the generator excitation circuit.
Un interrupteur de mise en service est, de préférence, interposé entre le comparateur de tension et la batterie pour permettre notamment de couper l'alimentation du comparateur de tension par la batterie lorsque le générateur ne fonctionne pas. L'interrupteur de mise en service est actionné et mis en position fermée par des moyens de mise en service du générateur électrique tels que, dans le cas d'un véhicule équipé du générateur, l'interrupteur-commutateur de mise en marche du véhicule. A commissioning switch is preferably interposed between the voltage comparator and the battery to allow in particular to cut the supply of the voltage comparator by the battery when the generator is not running. The commissioning switch is actuated and placed in the closed position by means of commissioning the electric generator such as, in the case of a vehicle equipped with the generator, the switch-switch for starting the vehicle.
Selon un mode de réalisation pratique de l'invention, le comparateur comporte un amplificateur opérationnel électronique monté en comparateur, alimenté par la batterie, polarisé à son entrée positive par des circuits de résistance permettant de régler les écarts de tension de batterie entre les seuils supérieur et inférieur et dont la sortie est reliée à l'interrupteur du circuit d'excitation du générateur. According to a practical embodiment of the invention, the comparator comprises an electronic operational amplifier mounted as a comparator, supplied by the battery, biased at its positive input by resistance circuits making it possible to adjust the differences in battery voltage between the upper thresholds and lower and whose output is connected to the generator excitation circuit switch.
L'entrée négative de l'amplificateur opérationnel électronique est reliée à la batterie à travers au moins une résistance de polarisation par l'intermédiaire d'un circuit protégé par au moins un condensateur de filtrage et piloté par une diode de Zener qui détermine les seuils supérieur et inférieur. The negative input of the electronic operational amplifier is connected to the battery through at least one bias resistor via a circuit protected by at least one filtering capacitor and controlled by a Zener diode which determines the thresholds upper and lower.
L'interrupteur du circuit d'excitation du générateur comporte un transistor de commande dont la. base est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel et dont l'émetteur est relié à la base d'un transistor de puissance constituant l'interrupteur proprement dit du circuit d'excitation du géne- rateur et dont le collecteur est relie audit circuit d'excitation par un circuit sur lequel est branché en dérivation au moins une diode de protection.The generator excitation circuit switch includes a control transistor, the. base is connected to the output of the operational amplifier and whose emitter is connected to the base of a power transistor constituting the actual switch of the generator excitation circuit and whose collector is connected to said circuit excitation by a circuit on which is connected in bypass at least one protection diode.
D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, donnees à titre illustratif mais non limitatif. Other objects, advantages and characteristics of the invention will appear on reading the following description and the appended figures, given by way of illustration but not limitation.
La Figure 1 représente un schema synoptique des différents constituants du régulateur de tension selon l'invention appliqué au circuit électrique d'un véhicule automobile. Figure 1 shows a block diagram of the various constituents of the voltage regulator according to the invention applied to the electrical circuit of a motor vehicle.
La Figure 2 est un graphique reprt-sentant les variations de la tension aux bornes de la batterie en fonction du temps dans le système de régulation de la Figure 1. Figure 2 is a graph showing the variations of the voltage across the battery as a function of time in the regulation system of Figure 1.
La Figure 3est un schéma du comparateur de tension et du circuit de l'interrupteur électronique du circuit d'excitation représentés sur la Figure 1. Figure 3 is a diagram of the voltage comparator and the circuit of the electronic switch of the excitation circuit shown in Figure 1.
Le circuit électrique de la Figure 1 pour un véhicule automobile comporte une batterie d'accumulateur 1 dont le pôle négatif est relié à la masse du véhicule et dont le pôle positif est relié à un câble d'alimentation 2 des divers circuits utilisateurs du véhicule, parmi les principaux desquels on peut citer: les circuits d'éclairage 3, les moteurs tels le démarreur 4 et le circuit d'allumage électrique du moteur non représenté. Le câble 2 est relié également à un générateur rotatif de courant continu constitué ici par un ensemble alternateur-redresseur 5 communément appelé alternateur et entraîné à grande vitesse par l'intermédiaire d'une courroie à partir du moteur du véhicule.L'alternateur polyphasé proprement dit 6 est excité par un bobinage en courant continu 7 rotatif alimenté à partir de balaies de contact non représenté et auquel on pourrait adjoindre, le cas échéant, une excitation complémentaire par des aimants permanents. The electrical circuit of FIG. 1 for a motor vehicle comprises a storage battery 1, the negative pole of which is connected to the ground of the vehicle and the positive pole of which is connected to a power cable 2 of the various user circuits of the vehicle, among the main of which we can cite: the lighting circuits 3, the engines such as the starter 4 and the electric ignition circuit of the engine not shown. The cable 2 is also connected to a rotary DC generator constituted here by an alternator-rectifier assembly 5 commonly called an alternator and driven at high speed by a belt from the vehicle engine. The polyphase alternator properly said 6 is excited by a rotary direct current winding 7 supplied from contact brushes not shown and to which one could add, if necessary, an additional excitation by permanent magnets.
Les bobinages de l'alternateur 6 débitent du courant redresse sur le câble 2 et labatteriel au moyen d'un bloc redresseur 8 qui est figuré en position externe mais qui se trouve le plus souvent inclus dans le flasque latéral du stator de l'alternateur 6. Le circuit du bobinage d'excitation 7 est branché entre, d'une part, la sortie de l'alternateur 6 à l'amont des diodes redresseuses principales 9 du bloc 8 par l'intermédiaire d'un circuit redresseur propre et, d'autre part, la masse du véhicule par l'intermédiaire de régulateurs de tension. The alternator windings 6 deliver rectified current on the cable 2 and the battery by means of a rectifier block 8 which is shown in the external position but which is most often included in the lateral flange of the stator of the alternator 6 The circuit of the excitation winding 7 is connected between, on the one hand, the output of the alternator 6 upstream of the main rectifier diodes 9 of the block 8 via a clean rectifier circuit and, d on the other hand, the mass of the vehicle via voltage regulators.
Le régulateur standard 10 représenté schématiquement sur la Figure 1 se compose fonctionnellement d'un contact double (vers la masse ou vers une résistance de réduction d'intensité) contrôlé -par un circuit de mesure de la tension de sortie de l'ensemble alternateur-redresseur 5. Les régulateurs standard sont réalisés en version tout électronique ou électromécanique à contacts et sont disposés à proximite de la batterie pour mieux suivre la caractéristique de tension de celle-ci en fonction de la température, ou bien sont intégrés à l'ensemble alternateur-redresseur. Les diodes redresseuses principales 9 interdisent à la batterie 1 de débiter dans les bobinages de l'alternateur 6 et servent ainsi de conjoncteur-disjoncteur de coupure des circuits de l'alternateur lorsque celui-ci est à l'arrêt ou bien est entraîné à une vitesse trop faible pour débiter vers les circuits d'utilisation et/ou charger la batterie. The standard regulator 10 shown diagrammatically in FIG. 1 is functionally composed of a double contact (to ground or to a current reduction resistor) controlled - by a circuit for measuring the output voltage of the alternator assembly - rectifier 5. The standard regulators are made in all electronic or electromechanical version with contacts and are arranged near the battery to better follow the voltage characteristic of the latter as a function of the temperature, or else are integrated into the alternator assembly. -rectifier. The main rectifier diodes 9 prevent the battery 1 from discharging into the windings of the alternator 6 and thus serve as contactor-circuit breaker for breaking the alternator circuits when the latter is stopped or else is being driven to a speed too low to flow to the user circuits and / or charge the battery.
Selon l'invention, la sortie vers la masse du régulateur standard 10 est contrôlée par un interrupteur il actionne par un étage électronique de puissance 12 qui sera décrit plus en détail à la Figure 3. L'interrupteur 11 à commande mécanique ou électronique est susceptible, sous l'action de l'étage de puissance 12, de relier le bobinage d'excitation 7 à la masse ou de l'isoler. L'étage de puissance 12 est contrôle par un comparateur de tension 13 décrit plus en détail à la Figure 3 et relié par un interrupteur 14 au pôle positif de la batterie 1. Les circuits de retour vers le pôle négatif de la batterie s'effectuent par la mise à la masse des différents constituants de l'interrupteur 11, de l'étage 12 et du comparateur 13. According to the invention, the output to ground of the standard regulator 10 is controlled by a switch it operates by an electronic power stage 12 which will be described in more detail in Figure 3. The switch 11 with mechanical or electronic control is susceptible , under the action of the power stage 12, to connect the excitation winding 7 to ground or to isolate it. The power stage 12 is controlled by a voltage comparator 13 described in more detail in Figure 3 and connected by a switch 14 to the positive pole of the battery 1. The return circuits to the negative pole of the battery take place by grounding the various components of the switch 11, of the stage 12 and of the comparator 13.
Le comparateur de tension 13 et l'étage de puissance 12 sont représentés en schéma électronique sur la Figure 3. Le comparateur de tension 13 est constitué principalement d'un amplificateur opérationnel électronique 15 monté en comparateur et alimenté en 16 par le pôle positif de la batterie à travers l'interrupteur 14 commandé habituellement par la clé de contact du véhicule équipé du régulateur de tension selon l'invention. L'entrée positive de l'amplificateur 15 est polarisée par des résistances 17, 18, 19 et par une résistance de réglage 20 interposée entre cette entrée positive et la sortie 21 de l'amplificateur 15 qui est relié en 22 directement à la borne positive de la batterie 11.L'entrée négative de l'amplificateur 15 est reliée en 16 au pôle positif de la batterie par l'intermédiaire d'une résistance 23 et d'un circuit sur lequel sont branchés en dérivation vers la masse un condensateur de filtrage 24,et une diode de Zener 25 qui détermine les seuils de commutation et d'extinction de l'amplificateur 15. The voltage comparator 13 and the power stage 12 are shown in electronic diagram in FIG. 3. The voltage comparator 13 mainly consists of an electronic operational amplifier 15 mounted as a comparator and supplied at 16 by the positive pole of the battery through the switch 14 usually controlled by the ignition key of the vehicle equipped with the voltage regulator according to the invention. The positive input of the amplifier 15 is biased by resistors 17, 18, 19 and by an adjustment resistor 20 interposed between this positive input and the output 21 of the amplifier 15 which is connected at 22 directly to the positive terminal of the battery 11. The negative input of the amplifier 15 is connected at 16 to the positive pole of the battery by means of a resistor 23 and a circuit on which a capacitor of connected to earth filtering 24, and a Zener diode 25 which determines the switching and extinction thresholds of the amplifier 15.
La résistance de réglage 20 détermine l'écart entre ces seuils etla sortie 21 de l'amplificateur 15 est reliée à la base d'un transistor de commande 26 dont l'émetteur est relié par l'intermédiaire d'une résistance 27,à la base d'un transistor de puissance 28 dont l'émetteur polarisé par une résistance 29 est relié en 16 au pôle positif de la batterie 1. Le collecteur du transistor de puissance 28 est relié à l'interrupteur 11 par un circuit 30 sur lequel est branchée une diode de protection 31 pour limiter les surtensions de coupure de l'interrupteur 11.The adjustment resistor 20 determines the difference between these thresholds and the output 21 of the amplifier 15 is connected to the base of a control transistor 26 whose emitter is connected via a resistor 27, to the base of a power transistor 28 whose emitter polarized by a resistor 29 is connected at 16 to the positive pole of the battery 1. The collector of the power transistor 28 is connected to the switch 11 by a circuit 30 on which is connected a protection diode 31 to limit the switching overvoltages of the switch 11.
Le fonctionnement du régulateur de tension décrit sur les Figures 1 et 3 va maintenant être decrit et les variations de la tension aux bornes de la batterie et du câble d'alimelitation 2 des divers circuits utilisateurs sont illustrées sur le graphique de la Figure 2. The operation of the voltage regulator described in FIGS. 1 and 3 will now be described and the variations of the voltage across the terminals of the battery and of the power supply cable 2 of the various user circuits are illustrated in the graph of FIG. 2.
Le conducteur du véhicule équipé du régulateur de tension selon 1 'inven- tion établit le contact d'allumage du véhicule sur une batterie normalement chargée à plus de la moitié de sa capité maximale et dont la tension est légèrement supérieure à la tension nominale normale qui,pour les batteries au plomb couramment utilisées dans les éhicules,est sensiblement de deux volts (2V) par élément, la tension la plus courante du circuit électrique étant de 12 volts. Cette tension de départ de la batterie est figurée en 32 sur le graphique de la Figure 2 et atteint par exemple- 12,5V. The driver of the vehicle fitted with the voltage regulator according to the invention establishes the ignition ignition of the vehicle on a battery normally charged at more than half of its maximum capacity and whose voltage is slightly higher than the normal nominal voltage which , for lead batteries commonly used in vehicles, is approximately two volts (2V) per cell, the most common voltage of the electrical circuit being 12 volts. This starting voltage of the battery is shown at 32 on the graph in Figure 2 and reaches for example - 12.5V.
Pour faire démarrer le moteur du véhicule, le conducteur actionne ensuite le démarreurqui,du fait des intensités importantes (100 à 200 Ampères) débitées alors par la batterie, fait chuter la tension aux bornes de celle-ci juSqu'à des valeurs critiques de 8 à 10 Volts figurées en 33 sur le graphique.To start the vehicle engine, the driver then actuates the starter, which, due to the high currents (100 to 200 Amperes) then drawn by the battery, drops the voltage across its terminals up to critical values of 8 at 10 Volts shown at 33 on the graph.
A la mise sous tension du circuit d'allumage de la voiture, la tension de la batterie 1 est supérieure au seuil de déclenchement de la diode de Zener 25 et le circuit du bobinage d'excitation 7 est coupé par l'interrupteur 11 mais, dès l'actionnement du démarreur figuré au point 33 du graphique de la
Figure 2, la tension de batterie tombe en dessous de sa valeur normale (de 12 volts) et la diode de Zener fait commuter l'amplificateur 15 qui excite l'étage de puissance 12 qui fait fermer l'interrupteur 11 pour mettre en circuit le bobinage d'excitation 7 à travers le régulateur standard 10 dont le contact est fermé en direct jusqu'à des tensions de batterie légèrement supérieures à la valeur maximale normale de charge. L'alternateur 6 est excité et débite à travers les diodes redresseuses 9 sur les circuits d'utilisation et charge la batterie 1 par l'intermédiaire du câble 2.When the ignition circuit of the car is switched on, the voltage of the battery 1 is greater than the trigger threshold of the Zener diode 25 and the excitation winding circuit 7 is cut by the switch 11 but, upon actuation of the starter shown in point 33 of the graph of the
Figure 2, the battery voltage drops below its normal value (12 volts) and the Zener diode switches the amplifier 15 which excites the power stage 12 which closes the switch 11 to switch on the excitation winding 7 through the standard regulator 10 whose contact is closed directly up to battery voltages slightly higher than the maximum normal charge value. The alternator 6 is energized and flows through the rectifier diodes 9 on the use circuits and charges the battery 1 via the cable 2.
La tension aux bornes de la batterie qui était remontée presque instantanément à sa valeur normale en 34 surlegraphique apres le démarrage du moteur et l'arrêt de l'actionnement du démarreur, monte lentement sous l'effet de la charge jusqu'a l'instant figuré en 35 sur le graphique ou elle atteint une valeur légèrement inférieure à la tension maximale normale de charge de la batterie. A cet instant, la diode de Zener 25 fait commuter l'amplificateur 15 à l'extinction et l'étage de puissance 12 fait ouvrir l'interrupteur 11 coupant complètement l'excitation de l'alternateur 6 qui ne supporte plus que ses pertes mécaniques de ventilation, et commence à se refroidir en particulier sur son inducteur tournant dont l'inertie thermique est faible.The voltage across the battery, which rose almost instantly to its normal value in 34 on the graph after starting the engine and stopping the starter actuation, rises slowly under the effect of the load until now shown at 35 on the graph where it reaches a value slightly lower than the maximum normal battery charge voltage. At this instant, the Zener diode 25 switches the amplifier 15 to the extinction and the power stage 12 opens the switch 11 completely cutting off the excitation of the alternator 6 which only supports its mechanical losses ventilation, and begins to cool in particular on its rotating inductor whose thermal inertia is low.
A partir du point 35 du graphique, les circuits utilisateurs du vehicule sont alimentés par la batterie seule dont la tension decroit lentement et atteint au point 36 du graphique de la Figure 2 sa tension nominale bien avant qu'elle subi-sse une décharge importante car la baisse de la tension aux bornes de la batterie est accentuée par sa résistance interne parcourue par le courant d'alimentation des circuits utilisateurs du véhicule. From point 35 of the graph, the user circuits of the vehicle are supplied by the battery alone, the voltage of which decreases slowly and reaches at point 36 of the graph of Figure 2 its nominal voltage well before it undergoes a significant discharge because the drop in voltage across the battery is accentuated by its internal resistance traversed by the supply current to the vehicle user circuits.
Au point 36, l'amplificateur 15 rétablit le circuit d'excitation de l'alternateur et les phases de débit de l'alternateur, figurées en hachures sur le graphique,et de coupure totale de l'excitation de l'alternateur se poursuivent pendant des durées variables fonction des intensités consommées par les circuits utilisateurs. Ainsi, en cas de forte consommation électrique du véhicule, par exemple de nuit, les phases de charge de la batterie sont longues et les phases de décharge courtes tandis que c'est l'inverse en cas de faible consommation électrique du véhicule, par exemple sur la route libre de jour. La production de l'alternateur influe également sur la durée des phases successives de charge et de décharge de la batterie, notamment en cas de roulage urbain car, lorsque le moteur tourne au ralenti, l'alternateur n'atteint pas son débit de charge normal.Au moment de l'arrêt du moteur, figuré en 37 sur le graphique, l'allumage de celui-ci est normalement coupe avant l'arrêt total de la rotation de l'alternateur et l'interrupteur 14 coupe brutalement l'alimentation du comparateur 13 qui reste dans la position de commutation qu'il occupait.At point 36, the amplifier 15 restores the excitation circuit of the alternator and the alternator flow rates, shown in hatching on the graph, and total interruption of the alternator excitation continue for variable durations depending on the intensities consumed by the user circuits. Thus, in the event of high power consumption of the vehicle, for example at night, the battery charging phases are long and the discharging phases short while the reverse is the case in the case of low power consumption of the vehicle, for example on the free day route. The production of the alternator also influences the duration of the successive phases of charging and discharging of the battery, in particular in the event of urban driving because, when the engine is idling, the alternator does not reach its normal charge rate. .At the moment the engine stops, shown in 37 on the graph, the ignition is normally cut before the alternator rotation stops completely and the switch 14 suddenly cuts the power to the comparator 13 which remains in the switching position it occupied.
L'expérimentation du régulateur selon l'invention a montré que le meilleur compromis entre la sécurité de charge de la batterie et la limitation des pertes de l'alternateur se situait approximativement pour les valeurs de tension suivantes appliquées à une batterie standard de 12 Volts en utilisation automobile d'été: - seuil inférieur de déclenchement de la charge de la batterie au voisinage
de sa tension nominale garantie : 12,2 volts, - seuil supérieur de déclenchement de la coupure de l'excitation au voisinage
de la tension maximale normale de charge de la batterie : 14,4-14,5 volts.Experimentation with the regulator according to the invention has shown that the best compromise between the safety of charging the battery and limiting the losses of the alternator is approximately for the following voltage values applied to a standard 12 Volt battery in summer car use: - lower threshold for triggering battery charging in the vicinity
of its guaranteed nominal voltage: 12.2 volts, - upper threshold for triggering the interruption of the excitation in the vicinity
of the maximum normal battery charge voltage: 14.4-14.5 volts.
Le régulateur de tension selon l'invention qui peut aussi s'appliquer à des dynamos, permet d'obtenir diverses améliorations dans le fonctionnement des générateurs de courant continu et en particulier des alternateurs. En particulier.The voltage regulator according to the invention which can also be applied to dynamos, makes it possible to obtain various improvements in the operation of direct current generators and in particular alternators. In particular.
il évite la surcharge et le bouillonnement destructifs des batteries dont la tension faiblit ou bien qui sont soumises à une charge trop prolongée.it avoids destructive overcharging and bubbling of batteries whose voltage weakens or which are subjected to a too prolonged charge.
Cette régulation réduit, a puissance débitée égale, les pertes du générateur de courant continu et son échauffement, en particulier l'échauffement critique de l'induit tournant des alternateurs et constitue par là un moyen de réduction de la consommation de carburant et d'économie d'énergie et d'amélioration de la fiabilité du générateur de courant continu et de la batterie.This regulation reduces, at equal power output, the losses of the direct current generator and its heating, in particular the critical heating of the rotating armature of the alternators and thereby constitutes a means of reducing fuel consumption and saving energy and improving the reliability of the DC generator and the battery.
Pour des utilisations et des véhicules autres que les véhicules automobiles de tourisme évoqués dans la description du régulateur de tension, d'autres valeurs de seuil supérieur et inférieur de tension de batterie peuvent être choisiesen rapport avec l'utilisation particulière du circuit électrique alimenté par le générateur de courant continu. For uses and vehicles other than passenger motor vehicles mentioned in the description of the voltage regulator, other upper and lower threshold values of battery voltage can be chosen in relation to the particular use of the electric circuit supplied by the direct current generator.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Of course, the present invention is in no way limited to the embodiments described and shown; it is susceptible of numerous variants accessible to those skilled in the art.
Claims (12)
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