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La présente invention se rapporte aux systèmes d'alimentation des circuits électriques de véhicules et particulièrement de véhicules sur rails , et a pour objet un système entièrement statique dans lequel l'emploi de régula- teurs mécaniquement variable et l'emploi de courant alternatif sont évités.
On a généralement recours, pour l'éclairage des véhicules et pour d'autres fonctions auxiliaires, à une dynamo entraînée directement ou indirec- tement par un des essieux du véhicule ou par son moteur, tournant à une vitesse variable,et à une batterie d'accumulateurs branchée aux bornes de cette dynamo dès que celle-ci donne une tension suffisante à l'alimentation des circuits d'utilisation.
Il faut, dans un tel système, que la dynamo donne à ses bornes / une tension aussi constante que possible compatible avec l'état de charge de la batterie , autrement dit la force électro-motrice de la dynamo doit être
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pratiquement indépendante de sa vitesse lorsque celle-ci varie entre certaines limites minimum et maximum. Il faut également que le courant de charge de la batterie ne dépasse pas l'intensité compatible avec une bonne conservation de celle-ci.
Ceci est obtenu dans les systèmes utilisés jusqu'à présent, à l'aide d'un conjoncteur-disjoncteur, placé dans le circuit principal de la géné- ratrice, et d'une résistance placée dans le circuit d'excitation de celle-ci, mécaniquement variable par l'action d'un régulateur électromagnétique ou par l'action de relais vibrant, ou encore par l'emploi d'amplificateurs magnétiques utilisés avec du courant alternatif.
La présente invention a pour but un système de réglage des géné- ratrices de véhicules, particulièrement simple, économique, sur et léger, 'évitant- l'emploi de résistances mécaniquement variables et d'autres organes mobiles, ainsi que l'emploi de courant alternatif et d'amplificateurs magnétiques.
Elle a pour objet un système de réglage basé uniquement sur les propriétés des semi-conducteurs et, en particulier, des amplificateurs à semi- conducteurs dits transistors.
Conformément à l'invention, il est prélevé aux bornés de la géné- ratrice, une tension continue susceptible d'alimenter les enroulements inducteurs de celle-ci en série avec un ou plusieurs transistors éventuellement shunté(s) par une résistance, transistor(s) dont les électrodes sont soumises à des poten- tiels tels que la génératrice, pour toutes les vitesses d'entraînement dans un écart donné, débite,.dans une batterie,sous n'importe quelle tension inférieure à la.tension de pleine charge de celle-ci, un courant d'intensité maximum compati- ble avec la bonne conservation de la-batterie.
A cet effet, les bases des transistors sont soumises à des poten- tiels qui permettent le passage du.courant entre émetteurs et collecteurs ,tant que la tension fournie par la génératrice est inférieure à la tension admise et tant que le courant de charge de la batterie ne dépasse pas l'intensité admise.
On comprendra mieux les avantages et les caractéristiques nouvelles de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins ci-an- nexés, donnés simplement à titre d'exemples et dans lesquels ; - la figure 1 représente le schéma de principe du système de réglage pro- posé.
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- la figure 2 représente un perfectionnement au schéma de principe, rendant le système plus sensible aux intensités de charge de la batterie.
- la figure 3 représente une modification au schéma de principe, permettant l'emploi de plusieurs transistors en série, quand la tension de pleine charge de 11 batterie dépasse celle que permet l'emploi d'un transistor, @ - la figure 4 représente une modification au schéma de principe, permettant l'emploi de plusieurs transistors en parallèle, quand l'intensité du courant in- ducteur de la génératrice dépasse celle admissible par un seul transistor.
Sur la première figure, 1 représente l'induit d'une génératrice à courant continu entraînée à vitesse variable, munie de balais positif 2 et négatif 3 éventuellement entraînés d'un pas polaire par la rotation de l'induit en cas d'inversion du sens de marche de la génératrice, de manière à conférer à cette dernière une polarité constante, quel que soit le sens de rotation.
Aux balais 2 & 3 de la génératrice sont connectés les circuits de la batterie 21 et éventuellement d'utilisation 20. Un redresseur 24 , de préfé- rence au silicium, est placé en série avec ces deux circuits pour éviter que la batterie ne débite dans la génératrice, et une résistance 23 est placée en série avec la batterie 21 pour mesurer le courant de charge de celle-ci.
Sont également connectés aux balais 2 & 3 ,en série, les enroule- ments inducteurs 5 de la génératrice et la résistance 4 shuntée par le transistor principal 6, du type P N P dans l'exemple choisi, dont l'émetteur est connecté à l'extrémité positive de la résistance 4, le collecteur à l'extrémité négative de cette résistance 4, et dont la base est connectée d'une part, à travers une résis- tance 8 au point A du potentiomètre 7 reliant les deux balais de la génératrice et ,d'autre part, aux collecteurs de deux transistors auxiliaires 10 & 11 ,égale- ment du type P N P dans l'exemple choisi, dont les émetteurs sont connectés au halais positif 2 de la génératrice.
La base du transistor 10 est connectée d'une part, à travers @@@ résistance 13 au balais positif 2 de la génératrice et,.d'autre part, à travers un redresseur à. couche d'arrêt 12 (au germanium par exemple) au point B du potentiomètre 7, tel que le seuil de tension du redresseur 12 égale la chute de tension dans la portion CB du potentiomètre 7, lorsque la génératrice donne à ses bornes, la tension de pleine charge de la batterie. La base du transis- tor 11 est reliée au pôle positif de la batterie 21 au point de jonction de la ré- sistance 23.
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Pour permettre la décharge de la force électromotrice engendrée dans les inducteurs 5, en cas de diminution du courant d'excitation, on a repré- senté en 25 un redresseur à couche d'arrêt, placé pour éviter les surtensions dans les inducteurs.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant
Dès que la génératrice 1 est entraînée, une tension apparaît aux balais 2,3 due au magnétisme rémanent. Aucun courant n'est cependant débité dans la résistance 23, par suite de la tension supérieure de la batterie. La base du transistor auxiliaire 11 se trouve de ce fait au même potentiel que son émetteur et il se comporte donc comme une résistance de valeur pratiquement infinie,
Il en est d'ailleurs de même pour le transistor auxiliaire 10.
En effet, bien qu'un faible courant ait pris naissance dans le potentiomètre 7 dans le sens C D et que le point B se trouve de ce fait à un potentiel infé- rieur au point C, la différence de potentiel C B est inférieure au seuil de redressement du redresseur 12, soit un demi-volt environ pour le redresseur au germanium pris comme exemple, Il en résulte qu'aucun courant ne traverse le re- dresseur 12 et que, par conséquent, la base du transistor auxiliaire 10 est main- tenue au potentiel de son émetteur par la résistance 13.
Les deux transistors auxiliaires 10 & 11 présentant chacune une résistance pratiquement infinie, la base du transistor principal 6 est polarisée négativement par rapport à son émetteur, par suite de sa connexion au point A du potentiomètre 7 par la résistance 8, Le transistor 6 est de ce fait cond teur et sa résistance diminue au fur et à mesure que la tension aux bornes du potentiomètre 7 croit, ce qui augmente le courant de base du transistor 6 et par le fait même, diminue la résistance de celui-ci dans le sens émetteur collec- teur. La dynamo s'amorcera donc rapidement à travers la résistance 4 pratiquement courtoircuitée par le transistor principal 6.
Si la batterie 21 est déchargée, le courant de charge à travers la résistance 23 est susceptible+d'atteindre l'intensité maximum admissible pour la conservation de la batterie avant que la tension aux bornes de la dynamo atteigne la valeur maximum admise, soit la tension de fin de charge à la batterie. Cette intensité ne peut cependant pas être dépassée, car la chute de tension provoquée dans la résistance 23 par le courant de charge de la batterie 21 ,détermine la
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polarisation négative de la base du transistor auxiliaire 11, le rendant de ce fait suffisamment conducteur pour- modifier dans la sens positif, le potentiel de la base du transistor principal 6.
Il en résulte que ce dernier devient plus résistant et limite le courant d'excitation et, par conséquent, le courant de charge de la batterie, à la valeur admissible.
Au fur et à mesure que la batterie 21 se charge, la tension aux bornes de la génératrice croît jusqu'au moment où elle atteindra la tension dite de pleine charge de la batterie. A ce moment, le point B du potentiomètre 7 atteint la valeur du seuil du redresseur 12 (un demi-volt environ pour le redres- seur au germanium) qui devient de ce fait conducteur et polarise négativement la base du transistor auxiliaire 10, lequel devient également conducteur et tend à ramener le potentiel de la base du transistor principal 6 à celui de son émettes.
Le transistor 6 tend de ce fait à devenir plus résistant et à diminuer le courant dans llinducteur 5. La tension de la génératrice et le courant de charge de la batterie ne pourront de ce fait excéder les valeurs admises à priori.
Si la vitesse de la génératrice croît, les signaux constitués par la chute de tension du point B du potentiomètre 7 et par la chute de tension dans la résistance 23, fermement amplifiés par les deux étages de transistors 10-5 et 11-5, déterminent, conformément à l'invention, une diminution du courant d'exci- tation suffisante pour maintenir les valeurs de la tension et de l'intensité de charge de la batterie pratiquement invariables et égales aux valeurs imposées.
Conformément à la figure 2, on a placé en parallèle sur la résis- tance 23 de la figure 1, une résistance 25 en série avec un redresseur à couche d'arrêt 26 (par exemple au )germanium) laissant passer le courant (positif) vers la batterie.
Etant donné que ce redresseur présente un seuil au redressement d'un demi-volt environ, il faut que la chute de tension dans la résistance 23 ait atteint la valeur de ce seuil avant que le redresseur ne devienne conducteur.
Tant que la chute de tension aux bornes de 23 est inférieure à cette valeur, aucun courant ne traverse la résistance 25, et la base du transistor 11 reste au potentiel de son émetteur. Par contre, toute augmentation de la différence de potentiel aux bornes de la résistance 23 au-delà du seuil de 26 apparaît aux bornes de 25 et rend rapidement le transistor 11 conducteur, d'où il résulte une limitation accusée du courant de charge de la batterie.
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Pour une dynamo dont les limites extrêmes de la vitesse correspon- dant à la pleine tension à ses bornes, sont dans les rapports de 5 à 1, le courant d'excitation doit pouvoir varier dans des limites encore plus importantes, de 1 à
8 par exemple, à cause de la saturation de la dynamo. La tension aux bornes de l'enroulement inducteur 5 varie dans les mêmes limites que le courant d'excitation et par conséquent l'élément de réglage, soit le transistor principal en série avec l'inducteur 5, doit pouvoir supporter à ses bornes 87.5% de la tension entre les balais au moment où le courant d'excitation, est minimum.
, Or, il peut se faire que cette tension dépasse la valeur admissible entre collecteur et émetteur du transistor principal 6.
Dans ce cas, il sera fait usage,, conformément à l'invention, de deux ou plusieurs transistors montés en série suivant le schéma de la figure 3 où les mêmes références représentent les mêmes organes que sur les figures 1 & 2.
On remarquera figure 3 qu'au transistor principal de la figure 1 ont été substitués trois transistors principaux , 61, 62, 63, du même type P N P , que la résistance 4 de la figure 1 a été subdivisée en autant de parties égales 41, 42, 43, qu'il y a de transistors en série, que les émetteurs successifs de ces transistors sont reliés respectivement aux points de subdivision successifs de la résistance 4, le premier point étant celui relié au balais positif, et que les bases de ces transistors sont reliées à des points de subdivision en parties égales d'une résistance 14 mise en parallèle avec la résistance 4 ,
sauf en ce qui con- cerne la base du premier transistor du côté du pôle positif 61 qui reste contra- lée par les signaux prélevés sur la résistance 23 -et la partie C B du poten- tiomètre 7, comme expliqué à propos de la figure 1.
Il résulte de ce montage que le transistor 61 fonctionne comme il a été expliqué à propos du transistor principal 6 de la fig.1 et que les autres transistors 62,63 montés en série, fonctionnent nécessairement comme le transis- tor 61, car ils sont tous coumis aux mêmes différences de potentiel.
En effet, comme la résistance 4 est partagée on un même nombre de parties égales qu'il y a de transistors principaux et comme la résistance 14 est partagée en ce même nombre dé-parties égales, si un des transistors 62 ou 63 supportait entre son émetteur et son collecteur, une différence de potentiel supérieure ou inférieure à celle admise par le transistor 61, sa base deviendrait de ce fait relative- ment au transistor 61 ,plus négative ou plus positive par rapport à son émet-
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-teur, et sa résistance se modifierait dans un sens ou dans l'autre pour rétablir l'équilibre.
Dans le cas où le courant maximum d'excitation dans les enroulements 5 dépasse l'intensité admissible dans le transistor principal 6 de la figure 1 (ou les transistors 61, 62,63 montés en série de la fig. 3), on utilisera, confor- mément à l'invention, plusieurs transistors principaux 601, 602 montés en paral- lèle comme représenté fig.4, où les mêmes références représentent les mêmes organes que sur la fig.l.
On remarquera que la résistance 4 est shuntée par les transistors montés en parallèle et connectés comme le transistor 6 de la fig.l, sauf en ce qui concerne leurs émetteurs qui sont connectés ,chacun,par l'intermédiaire d'une ré- sistance 15 & 16, de même valeur. Ces transistors 601, 602, ... se partagent nécessairement la charge en parties égales car, si l'un d'eux prenait une charge plus importante ou moins importante que les autres, la chute de tension dans sa résistance d'émetteur rendrait sa différence de potentiel émetteur-base inférieure ou supérieure à celle des autres, ce qui tendrait à rétablir l'équilibre.
On peut selon l'invention placer des transistors en parallèle sur les transistors montés en série, 61, 62,63 de la fig.3, et réaliser ainsi des montages en séries parallèles en ayant soit d'intercaler, tout au moins en ce qui concerne les transistors connectés du côté positif dans les circuits émetteurs des transistors montés en parallèle, des résistances de valeur égale, comme expliqué à propos de la fig.4.
On peut également, dans le cas où les courants demandés aux transis- tors auxiliaires 10 & 11 deviennent trop importants, montés conformément à l'inven- tion, plusieurs transistors auxiliaires en parallèle en suivant la technique ex- posée à propos de la fig.4.
Bien qu'on ait décrit l'invention en utilisant des transistors P N P on peut, sans sortir du cadre de l'invention, utiliser des transistors N P N en inversant les polarités suivant la technique de ces transistors.
On peut également utiliser comme tension de féférence pour les si- gnaux de limitation de la tension et du courant, des accumulateurs µtanches ou tout autre source à tension constante, à la place des seuils des redresseurs 12 &26.
On peut afin, au lieu de la dynamo à courant continu représentée en 1, utiliser des génératrices amplidynes ou des génératrices à courant alternatif
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mono- ou polyphasés avec un système redresseur, en alimentant conformément à l'invention, en courant continu les circuits de régulation y compris les en- roulements inducteurs de la génératrice.
Bien qu'on ait décrit et représenté la forme préférée de réalisation de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à cette forme par- rticulière donnée simple à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme'5 elles dans le cadre de l'invention.