La présente invention a pour objet un procédé de personnalisation du fonctionnement d'un régulateur d'alternateur.

Les régulateurs d'alternateur disposent classiquement de différents modes de régulation dont trois des plus connus sont :

la régulation en tension, pour un alternateur débitant sur une charge, qu'il soit isolé ou mis en parallèle avec d'autres alternateurs,

la régulation en puissance réactive ou en facteur de puissance en un point de l'installation, pour un alternateur de machine couplée à un réseau,

- la régulation en courant d'excitation lors de la mise en service ou en marche manuelle de l'alternateur.

Pour chacun de ces modes, il existe différentes façons pour donner une consigne de régulation, par exemple, pour la régulation de tension :

en utilisant une valeur figée pour cette consigne dans le régulateur, par exemple une tension de 400V,

en utilisant une entrée analogique pouvant faire varier la consigne dans une plage figée, par exemple une plage de tension permettant de couvrir +/-10% autour de 400V, soit une tension entre 360 et 440V,

en utilisant des entrées digitales correspondant à des « pas » en plus ou en moins par rapport à une consigne figée, par exemple l'appui sur un bouton « + » ou « - » permettant de faire varier la tension d'un pas de 2V en plus ou en moins autour de 400V,

en utilisant une consigne provenant d'une communication extérieure, c'est-à- dire que la valeur de la consigne à atteindre sera donnée par un organe supérieur tel qu'un automate.

Dans le cas de la régulation en tension, la correction de la consigne peut s'effectuer selon différentes lois, parmi lesquelles :

le statisme, illustré à la figure la, où la tension U de sortie de l'alternateur est régulée en fonction de la puissance réactive délivrée par l'alternateur. La tension est abaissée ou augmentée proportionnellement à l'accroissement de la puissance réactive mesurée. Le coefficient directeur de la droite cl représente le coefficient de statisme; la compensation de chute en ligne, illustrée à la figure lb, qui est similaire à la figure la, à la différence que la tension U de sortie de l'alternateur est régulée en fonction de la puissance active délivrée. La tension U est abaissée ou augmentée proportionnellement à la puissance active mesurée et au coefficient directeur de la droite c2.

le différentiel réactif, encore appelé « cross current compensation » en anglais, permettant à deux ou plusieurs alternateurs parallèles de partager équitablement une charge réactive, par le biais d'une boucle réalisée physiquement entre les mesures de courant de ces alternateurs;

- la sous-vitesse, illustrée à la figure le, permettant d'abaisser la consigne de tension U suivant une droite lorsque la fréquence f de la tension aux bornes de l'alternateur est inférieure à une valeur f _c appelée valeur de coude. Le coefficient a représenté à la figure le est la pente de sous- vitesse, étant généralement comprise entre 1 et 5.

Ces modes de régulation sont conventionnellement implémentés dans le régulateur de manière définitive, sans possibilité de modification. Seules les valeurs des coefficients, tels que le coude de sous-vitesse et la tension de consigne, sont modifiables.

Par ailleurs, il existe des régulateurs d'alternateurs pouvant être programmés via une interface.

Le brevet US 8 829 862 B2 présente un régulateur d'alternateur avec une interface de traitement de signal programmable. Cette interface produit un signal représentatif d'un courant d'excitation, lequel est en concordance avec la différence entre une tension de consigne et la tension de sortie mesurée aux bornes d'une batterie électrique du véhicule. Le circuit de contrôle de l'excitation est commandé par une machine à états qui prend en compte des paramètres d'entrée tels que la température de la machine et des instructions fournies par l'unité de contrôle du moteur, afin de déterminer un mode de fonctionnement adapté à la situation.

Le brevet US 5 285 147 traite d'un régulateur de tension numérique comprenant un processeur qui exécute un programme sauvegardé en mémoire, lequel répond aux conditions d'entrée du système afin d'établir une commande représentant le niveau de signal de contrôle requis pour maintenir la puissance de sortie de l'alternateur au niveau désiré. Cette commande est établie selon un algorithme incluant un gain et une fonction de compensation. La logique de l'algorithme et les coefficients du gain et de la fonction de compensation sont sauvegardés par le circuit de mémoire.

Le brevet US 5 013 995 concerne un régulateur d'alternateur implémentant une courbe limite de courant programmable. Les points caractéristiques de la courbe et les différentes pentes sont définis à partir de valeurs de référence et celles du courant maximum détecté. Un algorithme calcule une erreur de courant représentant la différence entre le courant détecté et une valeur présélectionnée stockée en mémoire. Cet algorithme inclut un gain et une fonction de compensation dont l'objectif est de minimiser ladite erreur.

La demande WO 2015/101956 concerne un système de contrôle d'un groupe électrogène et divulgue une interface utilisateur comportant des boutons permettant d'accéder à un menu de paramétrage du régulateur d'alternateur. Parmi les paramètres accessibles du régulateur, il y a la pente de montée en tension en fonction de la fréquence de rotation du groupe (U/f) où U est la tension de sortie de l'alternateur et f sa fréquence de rotation. Cette tension est contrôlée selon la loi U/f afin d'assurer une protection de l'alternateur contre les sur-échauffements en sous-vitesse.

La demande US 2015/0315989 décrit une méthode de régulation de l'injection de carburant dans un moteur thermique d'un groupe électrogène incluant un alternateur entraîné en rotation par le moteur thermique, l'alternateur comportant un régulateur de tension et le moteur thermique un régulateur de vitesse ayant une entrée pouvant recevoir une consigne de vitesse externe. La méthode de régulation consiste à détecter une variation du moment où de l'énergie cinétique depuis des mesures électriques sur l'alternateur, pour réaliser une action sur l'entrée de la consigne du régulateur de tension et/ou du régulateur de vitesse. Cette action peut être déterminée par une loi de contrôle prédéfinie, par exemple préenregistrée dans une table ou calculée en temps réel.

Il existe un besoin pour perfectionner encore les régulateurs d'alternateur afin notamment de faciliter leur personnalisation de façon à adapter au mieux leur fonctionnement à l'environnement d'utilisation.

L'invention a pour but de répondre à ce besoin, et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, grâce à un procédé de personnalisation du fonctionnement d'un régulateur d'alternateur comportant au moins un processeur exécutant un programme régissant son fonctionnement, ledit régulateur recevant des signaux d'entrée et générant des signaux de commande en fonction d'au moins une loi de régulation, cette loi définissant des valeurs de consigne à atteindre au cours du fonctionnement du régulateur et étant modifiable par l'intermédiaire d'une interface de programmation sans reprogrammation entière du régulateur, procédé dans lequel ladite au moins une loi de régulation est implémentée dans le régulateur à l'aide de l'interface par l'entrée d'au moins les coordonnées (x,f(x)) d'au moins deux points de ladite loi, où x est une grandeur d'entrée et y=f(x) une valeur de consigne associée, et/ou par l'entrée de la loi f elle-même.

Grâce à l'invention, il est possible de personnaliser le fonctionnement du régulateur d'alternateur en entrant, selon le besoin, tout ou partie de la loi de régulation sous forme de points ou d'équation, sans devoir reprogrammer entièrement le régulateur.

L'invention permet de choisir une consigne de régulation et une grandeur d'entrée associée en fonction de laquelle cette consigne évoluera. Donc, il est possible de réaliser, si on le souhaite, une loi de régulation non existante par défaut dans le régulateur, par exemple la tension en fonction du facteur de puissance, sans reprogrammation complète du processeur du régulateur pour remplacer une version du programme régissant son fonctionnement par une nouvelle version d'ordre supérieur.

Selon un mode de réalisation avantageux, au moins trois points d'une loi de régulation de l'alternateur sont entrés à l'aide de l'interface de programmation. Le programme du régulateur calcule alors la fonction de régulation passant par ces points.

En variante, la loi de régulation est une composée d'au moins deux fonctions.

Autrement dit, il est possible de chaîner plusieurs fonctions de régulation simples pour obtenir des fonctions plus complexes.

La fonction de régulation entre deux points consécutifs peut être linéaire, de façon à obtenir une droite de régulation.

La fonction peut également être non linéaire, par exemple polynomiale.

De préférence, la grandeur d'entrée et la valeur de consigne sont choisies parmi tous les paramètres disponibles dans le régulateur, par exemple :

la température ambiante mesurée,

la température mesurée sur le bloc de puissance,

- le courant d'excitation,

la tension mesurée du réseau,

la puissance réactive aux bornes de l'alternateur, le facteur de puissance cos(phi) mesuré aux bornes de l'alternateur, phi étant le déphasage entre le courant alternateur et la tension alternateur,

le facteur de puissance mesuré en un point quelconque du raccordement (point de livraison par exemple).

De préférence, la loi de régulation est la puissance réactive aux bornes de l'alternateur en fonction de la puissance active de celui-ci. Les points imposés à la loi de régulation peuvent être compris dans une région délimitée par des droites de pentes respectives tan(phi _m i _n ) et tan(phi _max ), phi _m i _n et phi _max correspondant aux déphasages minimum et maximum entre le courant et la tension de l'alternateur.

La loi de régulation peut être la tension moyenne du réseau en fonction de la vitesse de l'alternateur.

Le choix de la grandeur d'entrée et de la valeur de consigne se fait avantageusement par une liste déroulante.

L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un régulateur d'alternateur comportant au moins un processeur exécutant un programme régissant son fonctionnement, ce programme comportant des instructions de façon à pouvoir mettre en œuvre un procédé de personnalisation du fonctionnement du régulateur, ledit régulateur recevant des signaux d'entrée et générant des signaux de commande en fonction d'au moins une loi de régulation, cette loi définissant des valeurs de consigne à atteindre au cours du fonctionnement du régulateur et étant modifiable par l'intermédiaire d'une interface de programmation sans reprogrammation entière du régulateur, le régulateur étant agencé de telle sorte que ladite au moins une loi de régulation puisse être implémentée à l'aide de l'interface par l'entrée d'au moins les coordonnées (x,f(x)) d'au moins deux points de ladite loi, où x est une grandeur d'entrée et y=f(x) une valeur de consigne associée, et/ou par l'entrée de la loi f elle-même.

L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d'exemples non limitatifs de mise en œuvre de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :

les figures la, lb et le représentent des courbes de lois de régulation en tension de l'art antérieur,

la figure 2 est un schéma en blocs d'un ensemble régulateur et alternateur selon l'invention, la figure 3 représente un premier exemple de loi de régulation selon l'invention,

la figure 4 illustre un deuxième exemple de loi de régulation selon l'invention,

- la figure 5 représente un exemple d'interface du régulateur d'alternateur selon l'invention, adapté pour l'exemple de la figure 4,

la figure 6 illustre un troisième exemple de loi de régulation selon l'invention,

la figure 7 représente un exemple d'interface du régulateur d'alternateur selon l'invention, adapté pour l'exemple de la figure 6,

la figure 8 illustre un quatrième exemple de loi de régulation selon l'invention, et

la figure 9 représente un exemple d'interface du régulateur d'alternateur selon l'invention.

On a représenté à la figure 2 un ensemble 1 selon l'invention, composé d'un alternateur 4 et d'un régulateur associé 5.

L'alternateur 4 peut être de tout type connu, étant entraîné en rotation par exemple par un moteur à combustion, ou par une source d'énergie autre, notamment en cas d'utilisation de l'alternateur en éolien ou en hydraulique, ou encore par une turbine à gaz.

L'alternateur 4 comporte typiquement une excitatrice et une machine principale dont l'inducteur est alimenté par l'induit de l'excitatrice. Le régulateur 5 permet de contrôler le courant dans la machine principale de façon à maintenir le fonctionnement de l'alternateur dans un régime prédéfini, selon au moins une loi de régulation, comme cela sera détaillé dans la suite.

Le régulateur 5 peut être disposé dans un boîtier séparé de l'alternateur 4, par exemple dans une armoire électrique, ou en variante être présent dans un boîtier fixé sur le carter de l'alternateur 4.

Dans le cas d'un alternateur 4 entraîné par un moteur thermique, le régulateur 5 peut recevoir le cas échéant des informations du contrôleur de ce moteur, par exemple afin d'effectuer une régulation anticipant les variations de charge.

Le régulateur 5 comporte un processeur 2 comportant par exemple un ou plusieurs microcontrôleurs avec l'électronique associée. Le régulateur 5 comporte également une interface 3 qui permet à un opérateur d'entrer des valeurs de paramètres dans le régulateur et/ou d'autres données.

L'interface 3 comporte par exemple des boutons, un clavier, un afficheur, un écran, notamment tactile, un port de communication, par exemple selon la norme USB, RS232 ou RS485, et toutes combinaisons de ces moyens d'entrée/sortie de données.

Le régulateur 5 comporte une interface de mesure qui permet la lecture de signaux représentatifs du fonctionnement de l'alternateur, par exemple la valeur de tension de sortie de l'alternateur, la valeur des courants au sein de l'inducteur de la machine principale, de l'induit de la machine principale, de l'induit de l'excitatrice, de l'inducteur de l'excitatrice, ainsi que la température en un ou plusieurs points de l'alternateur, par exemple la température du bobinage stator, rotor, ou des paliers.

Le régulateur 5 peut également recevoir des signaux de la machine qui entraîne l'alternateur 4, le cas échéant, comme mentionné plus haut.

Le régulateur 5 peut comporter une interface de puissance qui permet par exemple de piloter le courant dans l'inducteur de la machine principale.

Le processeur 2 comporte au moins une mémoire, par exemple de type EEPROM, qui contient un programme régissant le fonctionnement du régulateur 5. Ce programme est chargé dans le régulateur à la fabrication de celui-ci. Ce programme permet d'assurer la régulation du fonctionnement de l'alternateur 4 selon au moins une loi de régulation implémentée par défaut.

Le programme permet également de gérer l'interface 3 de façon à permettre à l'opérateur de modifier des valeurs présentes par défaut dans le régulateur.

Conformément à l'invention, le régulateur 5 est agencé de telle sorte que l'opérateur puisse disposer d'une grande liberté de personnalisation du fonctionnement du régulateur 5 sans avoir à remplacer la version existante du programme par une nouvelle version.

Le régulateur 5 est en effet agencé de telle sorte que l'opérateur puisse :

sélectionner la nature de la grandeur d'entrée x,

sélectionner la nature de la consigne associée y,

- entrer les coordonnées d'au moins deux points de la loi de régulation y=f(x).

A titre d'exemple, on a illustré à la figure 3 le cas où la régulateur 5 est agencé pour permettre à l'opérateur d'entrer quatre points pl à p4 de fonctionnement d'une loi de régulation U=f(kVAr), U étant la tension de sortie de l'alternateur pouvant être la tension moyenne mesurée sur les trois phases, et kVAr la puissance réactive définie comme étant la moyenne des puissances réactives de chaque phase de l'alternateur.

Ainsi, l'utilisateur peut, à l'aide de l'interface 3, entrer les coordonnées de chacun des points pl à p4.

Le régulateur 5 est agencé de sorte à appliquer au cours du fonctionnement la loi de régulation telle que représentée à la figure 3, qui passe par les points pl à p4 et qui est linéaire par intervalles.

Au cours de la régulation, les points intermédiaires entre les points pl à p4 entrés par l'utilisateur peuvent être calculés en temps réel par le processeur 2. En variante, une fois les points pl à p4 entrés par l'utilisateur dans l'interface 3, le processeur 2 calcule des points intermédiaires entre ces points entrés par l'utilisateur et les stocke dans une table. Au cours du fonctionnement du régulateur, le processeur lie directement les valeurs ainsi présentes dans la table, ce qui peut économiser du temps de calcul.

Dans une variante de réalisation, le régulateur 5 est agencé pour permettre à l'opérateur d'entrer une loi y=f(x) sous sa forme algébrique. Le régulateur 5 comporte un éditeur qui interprète la loi entrée sous sa forme algébrique pour calculer y=f(x) en tout point au cours de la régulation. En variante, le régulateur 5 calcule dès la loi entrée par l'opérateur les points de la fonction de régulation et les mémorise dans une table à laquelle le processeur 2 accède ensuite au cours de la régulation, de façon à éviter d'avoir à calculer les valeurs en temps réel.

On a illustré à la figure 4 un deuxième exemple de loi de régulation : Q(kVAr) = f(P(kW)), P étant la puissance active de l'alternateur. Cette loi de régulation est par exemple celle prévue par un contrat de fournisseur d'électricité pour le raccordement des alternateurs au réseau. La région délimitée par les droites de pentes respectives tan(phi _m i _n ) et tan(phi _m a _X ), phi _m i _n et phi _max correspondant aux déphasages minimum et maximum entre le courant et la tension de l'alternateur, définit les points de régulation autorisés. Par exemple, le point B est de coordonnées (0,2 * * tan(phi _m a _X ) ).

La figure 5 représente un exemple d'une interface de régulateur d'alternateur où le choix de la grandeur d'entrée et de la valeur de consigne se fait par une liste déroulante. Dans cet exemple, le choix est fait de sorte à obtenir la loi de régulation de la figure 4. Il est possible, grâce à cette interface, d'entrer les coordonnées de plusieurs points. On a illustré à la figure 6 un autre exemple de loi de régulation pour le raccordement de l'alternateur au réseau, avec une régulation des kVAr en fonction de la tension au point de livraison : Q = f(UpDL). Ainsi, la régulation se fait localement en fonction de la tension mesurée sur le réseau. Si cette tension diminue, la puissance réactive est augmentée, et si UPDL augmente, la puissance réactive est diminuée. La figure 7 représente l'interface du régulateur permettant de piloter la puissance réactive en fonction de la tension mesurée sur le réseau.

La figure 8 illustre un exemple de loi de régulation où la tension moyenne du réseau mesurée en pourcentage de la tension nominale est régulée en fonction de la vitesse de l'alternateur mesurée en nombre de rotations par minute : U=f(V). A titre d'exemple, les coordonnées de quatre points de cette loi de régulation sont entrées via l'interface du régulateur.

A la figure 9, la consigne de tension moyenne du réseau est régulée en fonction de la température mesurée au bobinage du stator de l'alternateur. La tension diminue lorsque la température augmente afin d'éviter les surchauffes.

L'invention n'est pas limitée aux exemples de loi de régulation donnés aux figures 3 à 9. En particulier, le nombre de points entrés pas l'utilisateur peut être différent. Le régulateur 5 est par exemple agencé pour permettre à l'opérateur d'entrer le nombre de points qu'il souhaite imposer pour la loi de régulation ; ensuite, le régulateur 5 l'invite à entrer successivement les coordonnées de ces différents points.

Les paramètres de la loi de régulation peuvent être autres que ceux des exemples donnés.

On a par exemple la grandeur d'entrée qui est choisie parmi la température mesurée au bobinage du stator de l'alternateur, le courant d'excitation, la tension moyenne du réseau, la puissance moyenne réactive délivrée par l'alternateur, le facteur de puissance cos(phi) de l'alternateur de l'une des phases, phi étant le déphasage entre le courant de la phase considérée et la tension de cette même phase, et la grandeur de consigne associée peut être choisie dans la même liste ou parmi les autres paramètres du régulateur.

Il est possible de réaliser le régulateur 5 de façon à permettre à l'opérateur d'entrer plusieurs lois de régulation, ces lois de régulation étant par exemple appliquées en parallèle ou appliquées de telle sorte que la loi de régulation finale soit une fonction composée des différentes fonctions de régulation entrées.