FR2766990A1 - Mode de couplage pour un alternateur triphase d'un vehicule automobile et procede d'excitation de mode de couplage - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un mode de couplage pour un alternateur triphasé d'un véhicule automobile, dans lequel l'enroulement de l'alternateur se compose de deux demi-enroulements, dans lequel un redressement des tensions et des courants des sorties des deux demi-enroulements est effectué, dans lequel les sorties de l'un des demi-enroulements sont reliées aux entrées d'un premier redresseur, dans lequel les sorties de l'autre demi-enroulement sont reliées aux entrées d'un autre redresseur, dans lequel chaque sortie de l'un des demi-enroulements peut être reliée par l'intermédiaire des circuits de connexion de deux éléments commutables respectivement à deux sorties de l'autre demi-enroulement de telle sorte que, quand les circuits de connexion sont reliés, les deux demi-enroulements sont électriquement connectés en série. Dans un procédé d'excitation des éléments commutables, les thyristors individuels sont excités successivement et/ ou seulement des thyristors individuels sont excités, ce qui est effectué de préférence quand une vitesse de rotation déterminée du moteur n'est plus atteinte. Au lieu des thyristors, des diodes peuvent être intégrées.

Description

MODE DE COUPLAGE POUR UN ALTERNATEUR TRIPHASE

D'UN VEHICULE AUTOMOBILE

ET PROCEDE D'EXCITATION DU MODE DE COUPLAGE

La présente invention concerne un mode de couplage pour un alternateur triphasé d'un véhicule automobile et

un procédé d'excitation du mode de couplage selon les revendications 1, 2, 3 et 6 ainsi que 7. D'après DE 3 227 602 C2, un mode de couplage est

connu (figure 3 dudit document) dans lequel l'alternateur d'un véhicule automobile est divisé en

deux demi-enroulements. Les sorties de chaque demi-

enroulement sont reliées respectivement aux entrées d'un

redresseur. Chacune des sorties de l'un des demi-

enroulements est alors reliée respectivement à une sortie de l'autre demi-enroulement par l'intermédiaire d'un élément commutable. Cet élément commutable est alors respectivement un thyristor excité en fonction de la vitesse de rotation. Quand la vitesse de rotation du moteur du véhicule automobile passe sous une valeur déterminée, les thyristors sont excités de sorte que les deux demi-enroulements sont électriquement connectés en série. Au-dessus de cette vitesse de rotation, les deux demi-enroulements sont électriquement connectés en parallèle. Un mode de couplage similaire est également connu d'après DE 2 352 227 Ai, selon lequel, en fonction

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de la vitesse de rotation, respectivement un enroulement de l'un des demi-enroulements peut être connecté en série respectivement avec un enroulement de l'autre demi-enroulement. Ici aussi, la connexion est établie en fonction de la vitesse du moteur, une excitation centrale étant effectuée par un relais de sorte qu'il en résulte une connexion complète en série ou une connexion complète en parallèle. Les deux demi-enroulements présentent le même sens de rotation et la même

affectation des broches.

Cela est censé tenir compte du fait que la vitesse de rotation du moteur du véhicule automobile, et donc la vitesse de rotation de l'alternateur et par conséquent la puissance produite dans l'alternateur, varie fortement en cours de fonctionnement. Afin de fournir une puissance électrique suffisante même en cas de circulation urbaine alternant marche et arrêt sans user la batterie, l'alternateur doit donc être conçu de telle sorte qu'il produise une puissance suffisante dès la

vitesse de rotation au ralenti du moteur.

Mais en concevant l'alternateur de façon à obtenir une vitesse de rotation de service plus basse, la puissance débitée à des vitesses de rotation plus élevées est limitée. Si au contraire, l'alternateur est conçu en fonction d'une puissance débitée maximale, cela

implique une vitesse de rotation de service plus élevée.

Il faut donc trouver un compromis entre ces deux critères. Les rapports sont représentés par exemple sur la figure 2 de la citation o la courbe caractéristique de la puissance de l'alternateur est indiquée par rapport à la vitesse de rotation. Il apparaît alors que l'alternateur dispose de ce que l'on appelle une vitesse de rotation de service seulement à partir de laquelle l'alternateur produit de la puissance. Afin de produire une puissance électrique suffisante même au ralenti, il est nécessaire de diminuer autant que possible cette

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vitesse de rotation de service. A des vitesses de rotation plus élevées, il se produit alors théoriquement un excédent de puissance correspondant mais qui ne peut pas être exploité. Sur un véhicule automobile, la5 tension aux bornes n'est pas libre mais calée sur 14 V de tension de réseau de bord. L'alternateur présente alors par exemple en fait une puissance de 6 kW à 6000 t/mn, mais on obtient seulement 2 kW en sortie. Une quantité de ferraille inutile est alors embarquée de

sorte que l'alternateur est surdimensionné.

En connectant en série, pour les vitesses de

rotation basses du véhicule automobile, les deux demi-

enroulements ou les enroulements individuels des demi-

enroulements respectivement par paires, la tension de sortie de l'alternateur augmente pour les vitesses de rotation basses du moteur. L'alternateur peut donc être conçu de telle sorte qu'avec une vitesse de rotation de service et une puissance Pel identiques l'écart extrême des vitesses de rotation allant d'environ 2000 t/mn à 18000 t/mn se trouve seulement dans une plage de 1000 t/mn à 9000 t/mn. Ceci donne lieu à des améliorations considérables du rendement, surtout dans la plage supérieure des vitesses de rotation, qui peuvent atteindre 15%, et réduit en plus le bruit de

l'alternateur.

D'autres solutions à ce problème reposent sur ce que l'on appelle une surmultiplication ou une connexion étoile-triangle. La surmultiplication est raccordée en cas de vitesses de rotation basses du moteur à combustion et multiplie la vitesse de rotation de l'alternateur une nouvelle fois par un facteur 2. Avec ce rapport de multiplication (poulie à gorge pour courroie trapézoïdale 1:2 ou 1:2,7 + surmultiplication 1:1,7 = 1:4,59), la vitesse de rotation de l'alternateur est suffisamment élevée même au ralenti du moteur à

combustion pour fournir une puissance correspondante.

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Dans le cas de la connexion étoile-triangle, l'alternateur est commandé en étoile pour les vitesses de rotation basses puisque la tension de l'alternateur est alors supérieure d'un facteur ?3 par rapport à la connexion en triangle. L'alternateur produit donc la puissance dès les vitesses de rotation inférieures. Avec les vitesses de rotation supérieures, un retour à la connexion en triangle a lieu afin de ne pas subir de

pertes de puissance.

L'objet de la présente invention est de prévoir un mode de couplage pour un alternateur triphasé destiné à un véhicule automobile ainsi qu'un procédé pour l'excitation d'un alternateur triphasé de sorte que l'alternateur fournisse une puissance suffisante dès les vitesses de rotations basses du moteur, et de sorte que la puissance débitée par l'alternateur aux vitesses de rotation supérieures en fonction du besoin de puissance

ne soit pas limitée dans la mesure du possible.

Selon l'invention, cet objet est atteint d'une part par un mode de couplage pour un alternateur triphasé d'un véhicule automobile, dans lequel l'enroulement de l'alternateur se compose de deux demienroulements, dans lequel un redressement des tensions et des courants des sorties des deux demi-enroulements est effectué, dans lequel les sorties de l'un des demi-enroulements sont reliées aux entrées d'un premier redresseur, dans lequel les sorties de l'autre demi-enroulement sont reliées aux entrées d'un autre redresseur, dans lequel les deux demi-enroulements présentent le même sens de rotation et la même affectation des broches, et dans lequel chaque sortie de l'un des demienroulements peut être reliée par l'intermédiaire des circuits de connexion de deux éléments commutables respectivement à deux sorties de l'autre demi-enroulement de telle sorte que, quand les

circuits de connexion sont reliés, les deux demi-

enroulements sont électriquement connectés en série.

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Pour les deux demi-enroulements, un enroulement en

étoile, en triangle ou en zigzag peut être utilisé.

Il s'avère alors en cas de fonctionnement à des vitesses de rotation basses que les pertes peuvent être minimisées dans les éléments commutables. Cela peut être démontré par exemple quand les éléments commutables sont réalisés sous forme de thyristors comme cela est décrit dans le mode de couplage selon la revendication 5. Les pertes sont également minimisées quand les éléments

commutables sont réalisés sous forme de composants MOS.

Dans une autre solution conformément à l'invention on prévoit un mode de couplage pour un alternateur triphasé d'un véhicule automobile, dans lequel

l'enroulement de l'alternateur se compose de deux demi-

enroulements, dans lequel un redressement des tensions et des courants des sorties des deux demi-enroulements

est effectué, dans lequel les sorties de l'un des demi-

enroulements sont reliées aux entrées d'un premier

redresseur, dans lequel les sorties de l'autre demi-

enroulement sont reliées aux entrées d'un autre redresseur, dans lequel les deux demi-enroulements présentent le même sens de rotation et la même affectation des broches, et dans lequel au moins une sortie de l'un des demi-enroulements peut être reliée par l'intermédiaire du circuit de connexion ou des circuits de connexion d'au moins un élément commutable à un nombre de sorties de l'autre demi- enroulement (2) correspondant au nombre des éléments commutables, de telle sorte que, quand les circuits de connexion sont

reliés, des enroulements individuels des deux demi-

enroulements sont électriquement connectés en série.

Dans ce cas, certains enroulements restent donc de toute façon connectés en parallèle. Ce mode de réalisation permet d'économiser des composants. A des vitesses de rotation inférieures, ce mode de couplage fournit seulement une faible puissance par rapport au

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premier mode de couplage selon l'invention, ce qui peut toutefois être suffisant selon les circonstances - en fonction des consommateurs à alimenter. Le second mode de couplage selon l'invention permet également d'obtenir une vitesse de rotation de service deux fois moins importante. Dans une autre solution conformément à l'invention, on prévoir un mode de couplage pour un alternateur triphasé d'un véhicule automobile, dans lequel

l'enroulement de l'alternateur se compose de deux demi-

enroulements, dans lequel un redressement des tensions et des courants des sorties des deux demi-enroulements

est effectué, dans lequel les sorties de l'un des demi-

enroulements sont reliées aux entrées d'un premier

redresseur, dans lequel les sorties de l'autre demi-

enroulement sont reliées aux entrées d'un autre redresseur, dans lequel les deux demi-enroulements présentent le même sens de rotation et la même affectation des broches, et dans lequel au moins une sortie de l'un des demi-enroulements est reliée au moyen d'au moins une diode à un nombre de sorties de l'autre demi-enroulement correspondant au nombre de diodes, de telle sorte que des enroulements individuels des deux demi-enroulements sont électriquement connectés en série

de façon permanente.

Contrairement à l'état de la technique, il en résulte ici que les enroulements individuels sont électriquement connectés en série de façon permanente sans que la connexion en série puisse être commutée en connexion en parallèle. Avec ce mode de couplage, le câblage est largement simplifié du fait qu'aucune

excitation d'éléments commutables n'est plus nécessaire.

Ce mode de couplage aboutit à une ligne caractéristique pour laquelle la puissance fournie par l'alternateur à des vitesses de rotation supérieures est limitée par rapport au premier mode de couplage selon

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l'invention. En fonction des consommateurs à alimenter,

cette puissance réduite peut toutefois être suffisante.

Si la puissance fournie selon la courbe caractéristique est également suffisante à des vitesses de rotation inférieures, il est ainsi possible de réaliser un mode de couplage qui ne nécessite aucune excitation d'éléments commutables. Les moyens de câblage peuvent être simplifiés globalement, la vitesse de rotation de service de l'alternateur étant divisée en deux dans ce

cas aussi.

Avantageusement, dans le mode de couplage au moins une autre sortie de l'un des demi-enroulements peut être reliée par l'intermédiaire du circuit de connexion ou des circuits de connexion d'au moins un élément

commutable à un nombre de sorties de l'autre demi-

enroulement correspondant au nombre d'éléments commutables de sorte que, quand les circuits de connexion sont reliés, des enroulements individuels des deux demi-enroulements sont électriquement connectés en

série.

Il en résulte de façon avantageuse une combinaison d'enroulements des deux demi-enroulements connectés en série de façon permanente (par l'intermédiaire de diodes) avec d'autres enroulements qui sont connectés en série (par l'intermédiaire des éléments commutables) en cas d'excitation des éléments commutables et par

ailleurs connectés en parallèle.

Conformément à l'invention, l'objet est également atteint selon l'invention par un procédé pour l'excitation du mode de couplage selon l'invention dans lequel les éléments commutables sont excités simultanément si une vitesse de rotation déterminée du

moteur du véhicule automobile n'est plus atteinte.

De ce fait, on passe de la ligne caractéristique de la connexion en parallèle à la ligne caractéristique, de la connexion en série. L'alternateur peut alors

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fonctionner selon ces deux états de connexion à chaque vitesse de rotation avec une puissance qui s'approche relativement bien de la puissance moteur théoriquement réalisable. Cette puissance moteur théoriquement réalisable peut être indiquée comme suit: Ptheo = CEsson * D2 * li * nsy Les différentes valeurs sont ici le nombre Esson CEsson, le calibre D, la longueur de l'empilage de tôles

li et la vitesse de rotation synchrone nsy.

Avantageusement, dans le procédé selon l'invention, les éléments commutables sont excités successivement et/ou seulement des éléments commutables individuels

sont excités.

Ainsi, le coude de la ligne caractéristique de la puissance lors du processus de commutation peut être évité de façon avantageuse. En excitant les thyristors successivement on obtient une transition en douceur. Il n'y a donc pas d'amorçages d'oscillations au niveau de la courroie trapézoidale qui peuvent se traduire par une

charge mécanique.

Avantageusement, dans le procédé selon l'invention, l'excitation des éléments commutables est effectuée quand une vitesse de rotation déterminée du moteur du

véhicule automobile n'est plus atteinte.

Ici, à des vitesses de rotation supérieures, les deux demi- enroulements fonctionnent avantageusement en parallèle, tandis que lors de la transition vers des vitesses de rotation inférieures, une transition

progressive vers une connexion en série a lieu.

Un mode de réalisation exemplaire de l'invention est montré plus en détail sur le dessin, o: la figure 1 montre un mode de couplage pour un alternateur triphasé d'un véhicule automobile; la figure 2 montre une représentation de la puissance de sortie de l'alternateur triphasé par rapport à la vitesse de rotation;

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la figure 3 montre différentes lignes caractéristiques quand différents groupes de thyristors sont excités; la figure 4 montre des caractéristiques d'alternateur pour la connexion en série et en parallèle à l'excitation nominale; la figure 5 montre une représentation expliquant la procédure pour détecter la demande de commutation; la figure 6 montre un schéma fonctionnel du réglage et la figure 7 montre l'explication de la procédure de commutation. La figure 1 montre un mode de couplage pour un

alternateur triphasé d'un véhicule automobile.

L'enroulement de l'alternateur triphasé se compose de deux demienroulements 1 et 2. Trois lignes de raccordement vont respectivement de chacun de ces deux demi-enroulements 1 et 2 jusqu'aux entrées d'un redresseur en pont respectivement. Les trois lignes de raccordement 3, 4 et 5 vont du demi-enroulement 1 jusqu'aux entrées du redresseur en pont 15, les trois

lignes de raccordement 6, 7 et 8 vont du demi-

enroulement 2 jusqu'aux entrées du redresseur en pont 16. Les deux demienroulements sont identiques et présentent le même sens de rotation et la même affectation des broches comme cela apparaît également d'après les désignations des broches de la figure 1. Peu importe alors que les deux systèmes triphasés soient

connectés en étoile, en triangle ou en zigzag.

Les lignes de raccordement 3, 4, 5 ainsi que 6, 7, 8 sont reliées respectivement par des thyristors 9, 10, 11, 12, 13 et 14. Les circuits de connexion des thyristors relient alors les lignes de raccordement des deux demi-enroulements de telle sorte que le thyristor 9 relie les lignes de raccordement 5 et 6, le thyristor 10 relie les lignes de raccordement 4 et 6, et le thyristor

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11 relie les lignes de raccordement 5 et 7, le thyristor 12 relie les lignes de raccordement 3 et 7, le thyristor 13 relie les lignes de raccordement 4 et 8 et le

thyristor 14 relie les lignes de raccordement 3 et 8.

Les lignes de raccordement correspondantes sont

reliées par les thyristors quand ceux-ci sont excités.

Quand les thyristors ne sont pas excités, le câblage des deux redresseurs en pont 15 et 16 fournit une connexion en parallèle des deux demi-enroulements 1

et 2. Quand les thyristors sont excités, les deux demi-

enroulements 1 et 2 sont connectés en série. Le déclenchement des thyristors peut être effectué sans synchronisation temporelle. Cela est effectué à l'aide

d'impulsions d'allumage permanentes de faible intensité.

En raison de la montée relativement lente du courant principal, des "impulsions croissantes" + saturation ne sont pas nécessaires. De ce fait, l'effet de transistor qui peut provoquer la destruction des semiconducteurs

ne pose aucun problème.

Dans le cas de la connexion en série, les trois diodes inférieures (étoile d'anodes) sur la représentation de la figure 1 du redresseur en pont 15 ainsi que les trois diodes supérieures (étoile de cathodes) sur la représentation de la figure 1 du redresseur en pont 16 perdent la conduction et

s'éteignent complètement.

Par rapport à un autre mode connu par le demandeur, dans lequel les redresseurs en pont sont connectés en série au niveau de leurs sorties respectives, le mode selon l'invention présente l'avantage qu'avec la connexion en série, 2 chutes de tension seulement se produisent au niveau des diodes ainsi qu'une chute de tension au thyristor suite au redressement, par rapport aux chutes de tension au niveau des quatre diodes dans le cas d'une connexion en série par l'intermédiaire des sorties du redresseur en pont. Ainsi, avec le mode de il 2766990 couplage selon l'invention, il en résulte un rendement nettement supérieur par rapport aux autres modes de couplage décrits, notamment au niveau des tensions de sortie habituelles sur des véhicules automobiles (14 V

5.. 42 V).

Ce câblage des thyristors économise un étage complet de diodes. Le mode de fonctionnement particulier des redresseurs en pont permet d'iobtenir ce résultat grâce à l'utilisation à la limite de la commutation

double.

La figure 2 montre une représentation de la puissance de sortie de l'alternateur triphasé par rapport à la vitesse de rotation à l'aide d'un modèle construit en laboratoire. Il s'agit ici d'un alternateur

du fabricant Bosch portant la désignation NC73/143A.

Comme condition opératoire d'essai, la tension aux bornes a été fixée à 14 V. En outre, I=IEN était vrai,

c'est-à-dire il s'agit d'un moteur nouvellement excité.

La température permanente ? était la température

permanente à une température ambiante de 21 C.

Il apparaît que la commutation d'enroulement provoqueune division par deux de la vitesse de rotation de service pour la connexion en série (les thyristors sont alors excités). La vitesse de rotation de service est donc égale à environ 650 tours par minute, ce qui signifie 14 conducteurs/ encoche. Quand les thyristors ne sont plus excités, la connexion en parallèle habituelle s'établit, ce qui signifie 7 conducteurs/ encoche. A l'aide de 6 thyristors et d'un déclenchement commun des thyristors il est donc possible de créer deux lignes caractéristiques de l'alternateur. Cela permet de réduire nettement la plage des vitesses de rotation de l'alternateur, c'est- à-dire de réduire le surdimensionnement de l'alternateur concernant la plage supérieure des vitesses de rotation ou d'amener une

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puissance supplémentaire de l'alternateur, sans augmenter le volume du rotor. Une excitation permanente des thyristors permet aussi de connecter les phases des enroulements individuels en partie en série et en partie en parallèle. Le cas échéant, une ligne caractéristique peut alors être réalisée qui produit une puissance suffisante à des vitesses de rotation élevées et dont la vitesse de rotation de service est également satisfaisante. Avec un tel mode de couplage, il serait alors possible d'utiliser l'alternateur alors sans

nécessiter de commutation.

Par rapport au mode de couplage cité selon l'état de la technique, il en résulte en outre une diminution de la puissance dissipée. Selon l'état de la technique cité (DE 3 227 602 CS), le courant continu actuel Id est conduit par un seul thyristor pendant 3 des intervalles el d'un total de 60 par période. Il en résulte une puissance dissipée PVThy: PVThy = (UTo * Id) + rdiff * Id2 O UTo est la tension de diffusion et rdiff la résistance différentielle. Le courant Id est le courant qui passe des bornes de sortie des redresseurs à la

batterie ou au consommateur dans le véhicule automobile.

Par contre, les thyristors du mode de couplage selon le mode de réalisation exemplaire de la figure 1 peuvent être excités de telle sorte que deux thyristors sont toujours conducteurs de sorte que le courant se réduit en moyenne temporelle à Id/2 pendant tous les intervalles de 60 . Il en résulte donc ici une puissance30 dissipée PVThy: PVThy = ((UTo * Id/2) + rdiff * (Id/2)2) * 2 Le dernier facteur deux est le résultat du fait que deux thyristors respectivement sont conducteurs. Après transformation, on obtient: PVThy = UTo*Id + 2*rdiff * Id2/4 = UTo*Id + rdiff*Id2/2

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Il apparaît alors que le résultat est une diminution de la puissance dissipée dans le terme qui contient la résistance différentielle. Dans le contexte de la présente invention, cela a de l'importance du fait que justement les thyristors avec les tensions à l'état passant relativement élevées représentent la plupart des pertes. Il s'avère alors comme un autre avantage du couplage que, contrairement à l'état de la technique selon lequel les diodes sont réalisées comme des diodes insérées sur la plaque de diodes, une réalisation sous forme de module de puissance est possible. Dans le module, les pastilles de semi-conducteur sont disposées à proximité immédiate sur un substrat en A1203 ou AIN (nitrure d'aluminium) et attachées en fonction du couplage. En raison de la proximité immédiate, les modules de puissance souffrent rapidement d'un manque de chaleur parce qu'une grande quantité de chaleur perdue affecte un espace relativement réduit. Avec le mode de couplage selon l'invention, la conduction est répartie sur 6 thyristors. Il existe donc une grande surface de pastille et moins de pertes. D'autre part, en cas de connexion en série, toute une étoile d'anodes ainsi qu'une étoile de cathodes sont inactives. En raison de cette redondance, de la chaleur perdue apparaît également dans le module de puissance à différents endroits, ce qui est avantageux pour la dissipation de la chaleur. L'indication donnée par ailleurs dans DE 3 227 602 C2 concernant l'utilisation de commutateurs MOS s'éloigne de l'objet de la présente invention qui repose justement sur l'utilisation de thyristors. Dans ce contexte, il faut tenir compte du fait qu'un convertisseur de source du présent type doit être un commutateur avec une capacité de verrouillage symétrique de sorte que l'utilisation de commutateurs MOS

nécessiterait des moyens encore plus importants.

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Une commutation sans à-coups est également importante pour l'utilisation dans un véhicule automobile. Des à-coups de couple peuvent perturber l'assemblage mécanique au niveau de la courroie, provoquer des oscillations de la courroie et favoriser un glissement accru. Cela peut affecter le confort de conduite et la durée de vie de l'entraînement à courroie. L'utilisation de 6 thyristors et de deux systèmes d'enroulements identiques donne lieu à une grande variété de possibilités d'excitation des thyristors. La figure 3 montre dans ce contexte d'autres lignes caractéristiques enregistrées pour lesquelles différents thyristors ont été excités. Globalement, cet ensemble de lignes caractéristiques remplit la partie intermédiaire entre les deux lignes caractéristiques de la connexion en parallèle 301 et de la connexion en série 302. En particulier, la ligne caractéristique 303 montre une excitation des thyristors 10, 12 ainsi que 14 de la représentation de la figure 1, la ligne caractéristique 304 montre une excitation des thyristors 9 et 10 de la représentation de la figure 1 et la ligne caractéristique 305 montre une excitation du thyristor 9. Il apparaît qu'un échange cyclique des thyristors est possible. De même, d'autres combinaisons d'excitation de thyristors sont envisageables. Dans ce cas, lors d'une commutation, une transition est effectuée d'une des lignes caractéristique à une autre ligne caractéristique. Il faut alors déterminer en fonction des consommateurs et de leur besoin en puissance quelle ligne caractéristique doit être envisagée. Le cas échéant, il peut relever du domaine de l'invention de remplacer des thyristors individuels par des diodes et d'obtenir ainsi une connexion en série permanente au

moins pour certains enroulements des deux demi-

enroulements. Cela permet éventuellement de réaliser un mode de couplage qui ne nécessite aucune excitation. Il

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est également possible de réaliser un mode de couplage dans lequel le raccordement est réalisé en partie par des diodes et en partie par des thyristors pouvant être excités. Dans ce cas, il se produit de nouveau une transition entre deux lignes caractéristiques quand les

thyristors sont excités.

La figure 4 montre les caractéristiques d'alternateur pour la connexion en série et en parallèle lors de l'excitation nominale (également appelée courbe limite d'alternateur) par exemple au moyen d'un alternateur du fabricant Bosch portant la désignation NC 14V73-143 A. Les deux caractéristiques définissent trois plages. Si la puissance électrique à générer se trouve dans les plages I et II, l'état de fonctionnement possible dans la plage I est uniquement la connexion en série et

dans la plage III la connexion en parallèle.

Seule la plage II peut se satisfaire des deux connexions et n'est donc pas claire. Pour résoudre ce conflit de décision, on introduit un critère de qualité en tant que critère de commutation supplémentaire. Comme critère de qualité, on utilise le rendement h du couplage (moteur + convertisseur de source). C'est pourquoi il convient de choisir la connexion en parallèle, chaque fois que cela est possible, également dans la plage II puisque dans ce cas, le rendement de l'installation est en moyenne supérieur de 10%. Ceci se

dégage des courbes conchoides connues.

Il s'agit donc de prévoir un procédé qui effectue la commutation entre vitesses de rotations faibles et vitesses de rotation supérieures de façon optimale par rapport au temps (au moment le plus tôt possible) si possible sans à-coups. En cas de changement de charge et en partant de vitesses de rotation supérieures vers des vitesses de rotation basses, la connexion en série doit être branchée aussi tard que possible, ce branchement de

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la connexion en série devant s'effectuer également si

possible sans à-coups. La commutation d'une ligne caractéristique à une autre est possible

presque sans à-coups au point d'intersection que les deux lignes caractéristiques forment ensemble lors de l'excitation respective.Dans ce cas, avant et après la commutation, la machine synchrone

se trouve dans le même équilibre magnétique, c'est-à-

dire avec le même courant d'excitation, le même courant de sortie, la même puissance de sortie et la même absorption de couple. Il existe toutefois des différences négligeables en raison des réactances de fuite entre stator et rotor, de sorte que le point de commutation réellement "idéal" se trouve autour du point d'intersection. Cependant, la dissipation ou l'accumulation d'énergie magnétique lors de la commutation dans la réactance de fuite s'effectue en matière de g-secondes et n'est pas importante pour la

présente application technique.

En premier lieu, à l'aide de la figure 5, nous allons décrire un procédé dans lequel il faut détecter une demande de commutation, amener le moteur au point d'intersection actuel de la caractéristique symétrique et déclencher la commutation. Il s'agit ici d'un "procédé orienté trajectoire". Un excédent de puissance ou un manque de puissance pouvant alors apparaître est alors tamponné temporairement par la capacité de couche

double de la batterie.

Pour des raisons de lisibilité, il convient de supposer pour la suite de l'explication que la puissance de sortie est constante. La figure 5 montre d'abord les deux caractéristiques limites lors de l'excitation nominale. Au fur et à mesure que l'excitation de l'alternateur diminue, les points d'intersection, o une commutation presque sans à-coups est possible, se déplacent vers le coin inférieur droit dans le réseau de

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caractéristiques. Tous les points d'intersection ensemble forment lors d'une première approximation une courbe en tant que lieu géométrique, celle-ci étant appelée "courbe de commutation" par la suite. En partant de tl, l'alternateur tourne à une vitesse de rotation nl et génère une puissance instantanée de Pl (plage d'opération I). Au moment t4, la position de fin stationnaire suivante est atteinte à n4 et le procédé de

réglage observé est terminé.

A partir de la position de début ni, le régulateur de champ de construction connue va tenterde maintenir constante la puissance de sortie et idéalement de réduire l'excitation. Dans le réseau de caractéristiques, on se déplace donc horizontalement suivant la trajectoire 1 selon la représentation de la figure 5. A l'instant t2, c'est-à-dire à l'intersection de la caractéristique limite de la connexion en parallèle (ie=IEN) une commutation serait possible pour la première fois mais avec un à-coup de couple. La caractéristique limite et la courbe de commutation sont alors connues pour le réglage. Cela peut être réalisé

par exemple par un calcul en ligne ou un tableau.

En t2, un "contrôleur de trajectoire" selon

l'invention est superposé au régulateur de champ, celui-

ci se rapprochant par un décalage la trajectoire de t2 de la "courbe de commutation" de façon optimale par rapport au temps. A l'intersection au moment t3, le convertisseur de source est commuté sur la connexion en parallèle. A ce moment, l'influence du régulateur de champ est encore réduite par le "contrôleur de trajectoire". Il en résulte la trajectoire tl-t4 de la position de début jusqu'à la position de fin. La différence temporaire entre la puissance produite et la puissance consommée par les consommateurs électriques est absorbée

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par la capacité de couche double de la batterie. Ceci ne nuit pas à la durée de vie de la batterie. Le retard de réglage, c'est-à- dire la durée nécessaire pour rapprocher la trajectoire de la "courbe de commutation", crée simultanément l'hystérèse pratiquement nécessaire qui empêche une commutation permanente si la vitesse de rotation de l'alternateur

oscille par exemple autour de la vitesse de rotation n2.

Le procédé inclut également le cas trivial o l'abscisse de la représentation de la figure 5 est considérée comme une prolongation de la "courbe de commutation". En cas de dépassement de la caractéristique limite de la connexion en parallèle, l'alternateur est désexcité, le convertisseur de source est commuté en fonction de la direction d'intersection avec une vitesse de rotation croissante ou décroissante (sens de modification de la vitesse de rotation) et excité à nouveau. Pour ce procédé de réglage, il faut prévoir une durée d'environ 400 ms. Le manque de puissance est de nouveau couvert par la capacité de

couche double de la batterie sans l'endommager.

La figure 6 montre un schéma fonctionnel du réglage. Le régulateur de champ 1 et le rhéostat d'excitation sont réalisés sous la forme d'un régulateur proportionnel et par intégration et d'un régulateur abaissé de construction connue. A cela s'ajoute un observateur 3 qui estime le point opérationnel

instantané dans le réseau de caractéristiques.

L'estimation est basée sur le calcul suivant: P*ab(n+1) = A(R,q, û) Pab(n)+B(R,q,û)U(n); n=n Le signal de la vitesse de rotation est généré à

partir de la fréquence de la tension simple.

Le contrôleur de trajectoire vérifie si la caractéristique limite est dépassée. La caractéristique limite peut être calculée en ligne à l'aide de réseaux

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neuronaux, de polynômes d'approximation de Lagrange ou similaires ou aussi être stockée sous forme de tableau. Quand une intersection est détectée, le contrôleur de trajectoire commence à appliquer un décalage approprié à5 la valeur de position actuelle et rapproche la trajectoire de la courbe de commutation de façon optimale par rapport au temps. Au moment de l'atteindre, des impulsions d'allumage sont soit supprimées soit transmises aux thyristors. Concernant la représentation

de la droite de commutation, les mêmes explications que pour la caractéristique limite s'appliquent.

La description du procédé de commutation s'effectue

à l'aide la représentation de la figure 7. La figure 7 montre la courbe limite de l'alternateur en cas de connexion en parallèle à l'excitation nominale (ligne pointillée) et la valeur instantanée de la puissance de l'alternateur Pw(nl) qui se trouve déjà sur la courbe limite. La période précédente pendant laquelle l'alternateur fonctionne de toute façon avec la connexion en série n'a pas d'importance. En partant de nl, la vitesse de rotation doit augmenter encore de sorte qu'on doit passer de la connexion en série à la connexion en parallèle, de la manière la plus optimale possible par rapport au temps. Des à- coups de couple doivent être évités. Au point opérationnel PW(nl), c'est-à-dire à la position de début, l'alternateur se trouve encore dans la connexion en série et est excité par ierr = 0,8*IEN. L'ensemble de lignes caractéristiques à cette excitation est également indiqué. L'état incomplet de l'ensemble de lignes caractéristiques sert à la lisibilité de la représentation de la figure 7. Contrairement à la situation de la figure 6, le contrôleur de trajectoire crée maintenant un ensemble complet de lignes caractéristiques en fonction de l'excitation respective

de l'alternateur.

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Au début de l'opération de réglage, le point opérationnel de la caractéristique de la connexion en série se déplace en fonction de la vitesse de rotation et la puissance de sortie croissantes. Le régulateur de champ est trop inerte pour réaliser la trajectoire en pointillés. Dès qu'au moment d'atteindre la vitesse de rotation n2, la différence entre la puissance de consommation PW et la puissance sortie Pab(n2) est égale à la différence entre la puissance de consommation PW et la caractéristique la plus proche, celle-ci est branchée. Comme le montre la figure 7, l'algorithme de commutation se répète pour toutes les caractéristiques disponibles jusqu'à ce que la caractéristique de la

connexion en parallèle soit atteinte en n5.

Si la vitesse de rotation ne varie pas autant au cours de l'opération de réglage jusqu'à ce que la caractéristique parallèle soit atteinte en n5, le contrôleur de trajectoire peut ajouter un décalage à la sortie du régulateur de champ pour obtenir les DP

nécessaires.

Etant donné que les irrégularités de la trajectoire de réglage présentent seulement de faibles hauteurs de pas entre la position de début et de fin, on obtient une transition relativement douce de la connexion en série à

la connexion en parallèle.

Il existe encore une autre possibilité de mise en oeuvre avancée quand les thyristors sont remplacés par des commutateurs bidirectionnels et les redresseurs en pont par des MOS-FET. Il en résulte alors un câblage qui peut produire temporairement des moments extrêmement élevés de sorte que des couples très élevés apparaissent. Avec ce couplage il est possible, dans une réalisation avec des relais non rémanents, de permettre un "démarrage à chaud" du véhicule automobile par l'intermédiaire de l'alternateur. Il est donc possible

d'obtenir un fonctionnement marche/ arrêt sans usure.

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Sur des véhicules électriques, la transmission utilisée

jusqu'à présent peut aussi être omise.

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Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Mode de couplage pour un alternateur triphasé d'un véhicule automobile, dans lequel l'enroulement de l'alternateur se compose de deux demi-enroulements (1, 2), dans lequel un redressement des tensions et des courants des sorties des deux demi-enroulements (1, 2)

est effectué, dans lequel les sorties de l'un des demi-

enroulements (1) sont reliées aux entrées d'un premier redresseur (15), dans lequel les sorties de l'autre demi-enroulement (2) sont reliées aux entrées d'un autre redresseur (16), dans lequel les deux demienroulements présentent le même sens de rotation et la même affectation des broches, et dans lequel chaque sortie (3, 4, 5) de l'un des demienroulements (1) peut être reliée par l'intermédiaire des circuits de connexion de deux éléments commutables (9, 10; 11, 12; 13, 14) respectivement à deux sorties (7, 8; 6,8; 6,7) de l'autre demienroulement (2) de telle sorte que, quand

les circuits de connexion sont reliés, les deux demi-

enroulements (1, 2) sont électriquement connectés en série.

2. Mode de couplage pour un alternateur triphasé d'un véhicule automobile, dans lequel l'enroulement de l'alternateur se compose de deux demienroulements (1, 2), dans lequel un redressement des tensions et des courants des sorties des deux demi-enroulements (1, 2)

est effectué, dans lequel les sorties de l'un des demi-

enroulements (1) sont reliées aux entrées d'un premier redresseur (15), dans lequel les sorties de l'autre demi-enroulement (2) sont reliées aux entrées d'un autre redresseur (16), dans lequel les deux demienroulements présentent le même sens de rotation et la même affectation des broches, et dans lequel au moins une sortie (3, 4, 5) de l'un des demi-enroulements (1) peut être reliée par l'intermédiaire du circuit de connexion

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ou des circuits de connexion d'au moins un élément commutable (9, 10; 11, 12; 13, 14) à un nombre de sorties (7, 8; 6,8; 6,7) de l'autre demienroulement (2) correspondant au nombre des éléments commutables, de telle sorte que, quand les circuits de connexion sont

reliés, des enroulements individuels des deux demi-

enroulements (1, 2) sont électriquement connectés en série.

3. Mode de couplage pour un alternateur triphasé d'un véhicule automobile, dans lequel l'enroulement de l'alternateur se compose de deux demienroulements (1, 2), dans lequel un redressement des tensions et des courants des sorties des deux demi-enroulements (1, 2)

est effectué, dans lequel les sorties de l'un des demi-

enroulements (1) sont reliées aux entrées d'un premier redresseur (15), dans lequel les sorties de l'autre demi-enroulement (2) sont reliées aux entrées d'un autre redresseur (16), dans lequel les deux demienroulements présentent le même sens de rotation et la même affectation des broches, et dans lequel au moins une sortie (3, 4, 5) de l'un des demi-enroulements (1) est reliée au moyen d'au moins une diode à un nombre de sorties (7, 8; 6,8; 6,7) de l'autre demi-enroulement (2) correspondant au nombre de diodes, de telle sorte que des enroulements individuels des deux demi-enroulements (1, 2) sont électriquement connectés en série de façon permanente.

4. Mode de couplage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une autre sortie (3, 4, 5) de l'un des demi-enroulements (1) peut être reliée par l'intermédiaire du circuit de connexion ou des circuits de connexion d'au moins un élément commutable (9, 10; 11, 12; 13, 14) à un nombre de sorties (7, 8; 6, 8; 6, 7) de l'autre demi-enroulement (2) correspondant au nombre d'éléments commutables, de telle sorte que, quand les circuits de connexion sont reliés, des enroulements

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individuels des deux demi-enroulements (1, 2) sont

électriquement connectés en série.

5. Mode de couplage selon la revendication 1, 2 ou 4, caractérisé en ce que les éléments commutables sont des thyristors (9, 10, 11, 12, 13, 14).

6. Procédé d'excitation du mode de couplage selon la revendication 1, 2, 4 ou 5, caractérisé en ce que les éléments commutables (9, 10, 11, 12, 13, 14) sont excités quand une vitesse de rotation déterminée du moteur du véhicule automobile n'est plus atteinte (301, 302).

7. Procédé d'excitation du mode de couplage selon la revendication 1, 2, 4 ou 5, caractérisé en ce que les éléments commutables (9, 10, 11, 12, 13, 14) sont excités successivement et/ou que seulement des éléments individuels commutables (9, 10, 11, 12, 13, 14) sont excités.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'excitation des éléments commutables (9, 10, 11, 12, 13, 14) est effectuée lorsqu'une vitesse de rotation déterminée du moteur du véhicule automobile n'est plus atteinte.