Brevet FR2194063A1 — publié le 19740222

Certains appareillages nécessitent une alimentation en énergie électrique sûre et ininterrompue. Celle-ci est obtenue grâce au secteur, à une source d'énergie de secours qui remplace le secteur lorsqu'il est défaillant et à un dispositif assurant l'alimentation des appareillages pendant le remplacement du secteur par la source d'éner gie de securs et réciproquement. L'invention concerne ce genre de dispositif et plus particulièrement ceux qui permettent d'assurer l'alimentation sans coupure d'un appareillage en courant électrique continu. Un premier type connu d'alimentation continue sans coupure comporte : un pont redresseur mixte à diodes et redresseurs à allumage commandé, une batterie d'accumulateurs électriques connectée en parallèle avec l'utilisation à la sortie continue dudit pont redresseur et un circuit pilote fournissant les ordres d'allumage aux redresseurs à allumage commandé et ajustant la tension continue de sortie du pont en fonction du courant de charge de la batterie indépendamment du courant absorbé par l'utilisation. Ce type d'alimentation continue présente de nombreux inconvénients. En raison du pont redresseur mixte, il absorbe une énergie réactive importante ainsi qu'un courant ayant une forte distorsion harmonique, ce qui oblige à surdimensionner les transformateus d'alimentation et la source d'énergie de secours.La tension aux bornes de l'utilisation évolue comme celle de la batterie de sorte que pour limiter la variation de tension aux bornes de l'utilisation, il faut limiter celle aux bornes de la batterie et par conséquent surdimensionner cette dernière. En outre, lors d'une coupure, ctest-à-dire de l'arrêt de l'alimentation du pont redresseur mixte, l'utilisation est soumise à une brusque variation de tension qui correspond au passage de la batterie de sa tension de charge à sa tension de décharge. Un deuxième type connu l'alimentation continue sans coupure comporte un pont redresseur entièrement à diodes alimentant l'utilisation, une batterie d'accumulateurs électriques, un pont redresseur mixte à diodes et redresseurs à allumage commandé entretenant la charge de la batterie et un contacteur statique doublé d'un contacteur électromécanique reliant la batterie à l'utilisation. Il absorbe moins d'énergie réactive et un courant ayant une distorsion harmonique plus faible que dans le cas précédent car l'utilisation est alimentée par un pont retresseur entièrement à diodes. Cela résoud partiellement le problème du surdimensionnement de la source d'énergie de secours. En contre partie, la tension aux bornes de l'utilisation est soumise & des variations plus importantes.En effet, cette tension évolue, en présence du secteur ou de la source d'énergie de secours, comme celle du secteur ou de la source d'énergie de secours et, en l'absence du secteur et de la source d'énergie de secours, comme celle de la batterie. Il est encore nécessaire de surdimensionner la batterie pour limiter les variations de tension aux bornes de l'utilisation. En outre, lors d'une coupure du secteur ou de la source d'énergie de secours, c'està-dire lors de-l'arrêt de l'alimentation des ponts. redresseurs, l'utilisation est soumise à de brusque variations de tension qui sont dues tout d'abord au passage brutal de la tension du secteur ou de la source d'énergie de secours à celle de la batterie diminuée de la chute de tension dans le contacteur statique puis à celle de la batterie après fonctionnement du contacteur électromécanique. Un troisième type connu d'alimentation consiste, pour remédier aux évolutions de te3eion de la batterie, à introduire entre celle-ci et l'utilisation, un certain nombre réglable ld'éléments de force contreelectromotrice. Toutefois, quand le secteur qui alimente le redresseur chargeaztla batterie présente sa tension la plus élevée, un nombre maximal de tels éléments de force contre-électromotrice sont alors connectés en série, et l'énergie qui les traverse se dissipe en chaleur par joule, ce qui conduit à un mauvais rendement. On a encore proposé d'utiliser une batterie auxiliaire, chargée par un chargeur accessoire, et d'en connecter un nombre croissant d' éléments en série avec la batterie principale, au fur et à mesure de la décharge de celle-ci. Toutefois, ce procédé n'assure qu'une tension de décharge en échelons, et non à variation continue. En outre, l'alimentation ntest pas sans coupure, puisqu'il est nécessaire de couper le circuit d'utilisation chaque fois que l'on veut y insérer ou en retirer un élément auxiliaire. Enfin, au bout d'un cycle de décharge, les éléments de la batterie auxiliaire sont tous déchargés à un taux différent, puisqu'ils ont débité un même courant pendant des durées différentes. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de supprimer le surdimensionnement de la source d'énergie de secours et des batteries d'accumulateurs électriques ainsi que les variations de tensions aux bornes de l'utilisation. L'alimentation continue sans coupure selon l'invention se caractérise notamment par le fait quille comporte : une batterie, un régulateur réglant le courant fourni à la batterie en fonction de 1'état de charge de cette dernière, un régulateur de tension dont la sortie constitue celle de l'alimentation continue sans coupure, un ensemble redresseur alimentant lesdits régulateurs et une diode qui shunte le régulateur règlant le courant fourni à la batterie et dont le sens de connexion est tel qu'elle ne soit pas parcourue par le courant de charge de la batterie, mais par le courant de décharge de cette dernière. Selon un mode préféré de réalisation lesdits régulateurs sont des régulateurs à découpages ou choppers. D'autres caractéristiques et avantagts par rapport à l'art antérieur ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple nullement limitatif. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel les figures 1 et 2 sont des schémas électriques d'alimentations continues sans coupure selon l'art antérieur et la figure 3 le schéma électrique d'une alimentation continue sans coupure selon l'invention. L'alimentation continue sans coupure dont le schéma est représenté à la figure 1 est de type classique. Elle comporte un transformateur triphasé d'entrée dont le primaire I monté en triangle est destiné à être alimenté soit par un secteur triphasé, soit par une source triphasée de secours, par exemple un groupe électrogène, et dont le secondaire 2 monté en étoile alimente par l'intermédiaire de selfs de phase 3, 4 et 5, un pont redresseur de Graetz mixte à diodes 6, 7 et 8 et à redresseurs à allumage commandé 9, 10 et 11 par exemple des thyristors. Sur la sortie continue de ce pont de Graetz sont connectés en parallèle un condensateur de filtrage 12, une batterie 13 et l'utilisation 14. Les redresseurs à allumage commandé 9, 10 et 11 reçoivent leurs signaux d'allumage d'un circuit pilote 15 qui règle la tension continue de sortie du pont de Graetz en fonction du courant de charge de la batterie 13 mesuré par le détecteur 17 en toute indépendance du courant absorbé par l'utilisation 14. Cette alimentation continue sans coupure présente des inconvénients à la fois pour la source d'alimentation, pour l'utilisation 14 et pour la batterie 13. En raison de ses redresseurs à allumage commandé 9, 10 et 11 qui s'allument en retard par rapport à de simples diodes, le pont redresseur absorbe d'une part un courant ayant une forte distorsion harmonique, et d'autre part une énergie réactive élevée. Son facteur de puissance est faible et décroît lorsque la tension alternative croit ou lorsque sa charge décroît. Il peut être de l'ordre de o,6. Cette forte distorsion harmonique du courant absorbé, ainsi que ce mauvais facteur de puissance sont particulièrement génants pour le transformateur d'alimentation et pour l'alternateur de la source d'énergie de secours qui doivent être surdimensionnés et avoir une puissance apparente deux à trois fois supérieure à la puissance active consommée. Ils sont également génants pour les autres charges de la source d'énergie de secours. La tension aux bornes de l'utilisation évolue comme celle de la batterie d'accumulateurs électriques. Pour une batterie d'accumulateurs au plomb cette tension peut passer de 2,4 volts par éléments, ce qui représente une variation de l'ordre de 40%. Une telle variation ntest pas tolérable pour l'utilisation, de sorte que lton est obligé de limiter les variations de tension de la batterie d'accumulateurs, et par conséquent de surdimensionner la batterie, celle-ci n'étant utilisée dans le cas d'une décharge de courte durée qu'à moins de 10 % de sa capacité.En outre, l'utilisation est soumise lors de l'arrêt de l'alimentation du pont redresseur à un échelon de tension qui correspond au passage pour la batterie de sa tension de charge à sa tension de décharge et qui peut être de l'ordre de 20%. La batterie d'accumulateurs, outre le fait qu'elle doit être surdimensionnée, est traversée par la composante alternative du courant absorbé par l'utilisation. L'alimentation continue sans coupure, dont le schéma électrique est représenté à la figure 2, est également de type connu. Elle comporte deux transformateurs triphasés. L'un à son primaire 20 monté en triangle, et son secondaire 21 monté en étoile et connecté par l'intermédiaire de selfs de phase 22, 23 et 24 à un pont redresseur de Graetz entièrement à diodes 25, 26, 27, 28, 29 et 30 dont la sortie continue alimente une capacité de filtrage 31 et l'utilisation 14. L'autre a son primaire 40 monté en triangle et son secondaire 41 monté en étoile et connecté wrl'intermédiaire de selfs de phase 42, 43 et 44 à un pont redresseur de Graetz mixte à diodes 45, 46 et 47 et à redresseurs à allumage commandé 48, 49 et 50 alimentant une batterie d'accumulateurs 13. Les primaires 20 et 40 des transformateurs triphasés sont connectés en parallèle, soit à un secteur triphasé, soit à une source triphasé de secours. Un circuit pilote 15 fournit des ordres de commande d'allumage aux électrodes d'allumage des redresseurs à allumage commandé 48, 49 et 50 et règle la tension continue de sortie du pont de Graetz mixte en fonction du courant de charge de la batterie d'accumulateurs 13 qui est mesuré par un détecteur 16. Un contacteur statique 32 réalisé à l'aide d'un redresseur à allumage commandé et un contacteur électromécanique 33 relient la batterie d'accumulateurs 13 à l'utilisation 14. Ces contacteurs statique 32 et électromécanique 33 sont commandés par un dispositif non représenté qui les ferment en cas de disparition de la tension alternative aux primaires 20 et 40 des transformateurs triphasés. Cette alimentation sans coupure consomme une faible énergie réactive et un courant ayant une faible distorsion harmonique car la majeure partie de la puissance absorbée, qui est celle fournie à la charge, est transmise par l'intemédiaire d'un pont redresseur entièrement à diodes 25, 26, 27, 28, 29, et 30. Il n'est plus nécessaire de surdimensionner l'alternateur de la source d'énergie de secours. En contre partie, cette alimentation continue sans coupure présente des inconvénients aggravés pour l'utilisation. En effet, la tension aux bornes de l'utilisation évolue, en présence du secteur ou de la source d'énergie de secours, comme celle du secteur ou de la source d'énergie de secours et, en l'absence du secteur ou de la source d'énergie de secours, comme celle de la batterie.Il se pose également le problème de surdimensionnement de la batterie d'accumulateurs. Lors d'une coupure du secteur ou de la source d'énergie de secours, la tension aux bornes de l'utilisation passe brutalement de celle du secteur ou de la source d'alimentation de secours n celle de la batterie dirflinuée de la chute de tension dans le contacteur statique, puis à celle de la batterie après fonctionnement du contacteur électromécanique. Cette variation de tension peut être beaucoup plus importante que dans le cas précédent car la tension du secteur ou de la source d'énergie de secours peut être supérieure à la tension de charge de la batterie qui était la tension maximale que pouvait atteindre précédemient pour l'utilisation. L'alimentation continue, dont le schéma électrique est représenté à la figure 3, permet de remédier aux inconvénients précédents. Conformément à l'invention, elle comporte : un ensemble redresseur 60 qui ne comporte que des diodes et qui transforme la tension alternative monophasée ou polyphasée fournie par le secteur ou par une source d'énergie électrique de secours, en un courant continu disponible entre sa sortie positive et le pôle "moins" commun, un régulateur de tension 61 qui alimente l'utilisation 14, un régulateur 62 qui règle le courant fourni à la batterie d'accumulateurs 13 selon l'état de charge de cette dernière, et une diode ó) qui shunte le régulateur 62 et dont le sens de connexion est tel qu'elle ne soit pas parcourue par le courant de charge de la batterie 13. Cette alimentation continue sans coupure fonctionne de manière suivante En présence du secteur ou de la source d'alimentation de secours. l'ensemble redresseur 60 alimente l'utilisation 14 par l'intermédiaire du régulateur de tension 61 et charge ou maintient en charge la batterie 13 par l'intermédiaire du régulateur 62. La diode 63 est bloquée car elle est polarisée en inverse. En l'absence du secteur ou de la source d'alimentation de secours, l'ensemble redresseur 60 ne founit plus d'énergie. La tension à sa sortie baisse, ce qui entraîne l'arrêt du régulateur 62, le déblocage de la diode 63 et l'alimentation de l'utilisation 14 par la batterie 13 par l'intermédiaire de la diode 63 et du régulateur de tension 61. Cette alimentation continue sans coupure ne nécessite pas le surdimensionnement de la source d'énergie de secours car elle ne consomme pas d'énergie réactive, ensemble redresseur 60 ne comportant que des diodes et aucun redresseur à allumage commandé. La distorsion harmonique du courant qu'elle absorbe est faible et peut être diminuée à volonté par l'utilisation de sources polyphasées. En raison du régulateur de tension 61, l'utilisation 14 n'est plus soumise à des échelons de tension lors de l'arrêt ou de la reprise de l'alimentation de l'ensemble redresseur 60 par le secteur ou par la source d'alimentation de secours. La tension aux bornes de l'utilisation 14 reste constante et indépendante des variations de tension du secteur, de la source d'alimFtation de secours ou de la batterie d'accumulateurs 13, ce qui permet d'éviter le surdimensionnement de la batterie d'accumulateurs Cette alimentation continue sans coupure permet de réaliser des économies substantielles sur l'alternateur de la source d'énergie de secours et sur la batterie d'accumulateurs qui compensent largement les dépenses engagées pour les régulateurs 61 et 62. Cette alimentation sans coupure s'applique avantageusement aux onduleurs statiques. Les onduleurs statiques transforment un courant continu en un courant alternatif monophasé ou polyphasé. Ils sont utilisés à la suite d'une alimentation sans coupure connectée au secteur et à une source d'alimentation de de secours pour fournir à un appareillage un courant alternatif de même fréquence que le secteur, mais dont la forme et la tension respectent des conditions plus sévères. Ils présentent un rendement d'autant meilleur que la variation de la tension à leur entrée est plus faible. Lorsqu'ils sont connectés à la place de l'utilisation 14 de l'alimentation continue sans coupure représentée à la figure 3, l'amélioration de leur rendement due à la présence du régulateur 61 compense les pertes introduites par ce dernier. Les onduleurs statiques ont en outre un temps de réponse assez long car leur fréquence de commutation est voisine de celle du réseau, de sorte qu'ils sont très sensibles aux phénomènes transitoires appliqués sur leur entrée. Leur connexion à la place de l'utilisation 14 de l'alimentation continue sans coupure représentée à la figure 3 permet de les protéger efficacement contre les phénomènes transitoires. En effet, les régulateurs 61 et 52 sont avantageusement des régulateurs à découpages ou "choppers" fonctionnant à une fréquence de commutation beaucoup plus élevée et ayant par conséquent un temps de réponse beaucoup plus court et une moindre sensibilité aux phénomènes transitoires. REVENDICATIONS 1/- Alimentation continue sans coupure caractérisée par le fait qu'elle comporte une batterie d'accumulateurs électriques, un régulateur réglant l'intensité du courant de charge de la batterie en fonction de l'état de charge de cette dernière, un régulateur de tension dont la sortie constitue celle de l'alimentation continue sans coupure, un ensemble redresseur alimentant lesdits régulateurs dont les entrées sont connectées à sa sortie, et une diode qui shunte le régulateur réglant le courant de charge fourni à la batterie et dont le sens de connexion est tel quelle ne soit pas parcourue par le courant de charge de la batterie mais par le courant de décharge de cette dernière. 2/- Alimentation continue sans coupure selon la revendication 1 caractérisée par le fait que lesdits régulateurs sont des régulateurs à découpage ou "choppers".