Brevet FR2209237A1 — publié le 19740628

La présente invention concerne un montage pour la commande du potentiel, le contrôle et la limitation de la tension d'isolement dans des installations à courant-constant, avec des génératrices et des utilisations branchées alternativement en série dans une boucle.. Les installations à courant constant présentent l'avantage de per- mettre l'alimentation d'un nombre élevée d'utilisations à courant continu, indépendantes et à grande puissance nominale totale, par quelque a gêné ratrices à faible puissance nomInale totale. Lorsque le circuit à courant constant comprend des Utilisations importantes (telles que des convertisseurs alimentant le réseau de bord) et des utilisations moins importantes (telles que des treuils), la consommation de ces dernières doit autre réduite en cas de surcharge des génératrices (c'est-à-dire pour une tension de génératrice trop élevée).Il en résulte l'avantage suivant dans une installation à courant constant : tous les couples sont conservés et seules les vitesses doivent oestre réduites. Une limitation de la puissance d'utilisations secondaires lors du dépassement de la tension d'isolement nominale se justifie aussi dans de nombreux cas. Un circuit à courant constant peut comporter par exemple quatre génératrices à courant constant G1, G2, G3, G4 et quatre utilisations M1, M2, M3, M4. Les génératrices sont réglées automatiquement à une méme puissance, c'est-à dire que leurs tensions uGl, uG2, uG3, UG4 sont égales. Les puissances des utilisations sont fixées en fonction des besoins du processus; elles ne sont généralement pas égales,'de sorte que les tensions uMl, uM3, uMh diffèrent aussi. L'invention a pour objet de commandeur, contrler et limiter la ten sion d'isolement dans des installations courant constant, avec des géné ratrices et des utilisations alternativement branchées en série dans une boucle. Selon une caractérstique essentielle de l'invention, un réseau de diodes et résistances est connecté aux noeuds de la boucle et met à la terre, par l'intermédiaire de rzsistances égales, le potentiel positif maximal et le potentiel négatif de valeur absolue maximale, dans tous les états de fonctionnement. Selon une autre caractéristique de l'invention, les noeuds positifs de la boucle, assignés aux génératrIces, sont reliés à un noeud du circuit par des diodes dans Ie sens direct et les noeuds négatifs de la boucle, assignés aux utilisations, sont reliés à un autre noeud du circuit par des diodes dans le sens inverse, les deux noeuds dù circuit étant mis à la terre par des résistances égales. Selon une autre caractéristique de l'invention, des appareils de mesure sont branchés en série avec les diodes de redressement du réseau. Les courants circulant dans les appareils de mesure peuvent servir au déolenchement d'une alarne et à la réduction automatique des tensions lors du dépassement de potentiels prédéterminés. Selon une autre caractéristique de l'invention, le courant circulant entre la'-connexlon des résistances et la terre, dans le cas d'un courtcircuit à la terre, sert au contrBle de la résistance d'isolement dans la boucle b courant constant. Dans le cas de très faibles courants à la terre il est possible d'appliquer une tension extérieure à la connexion des résistances reliée à la terre, puis de corréler le courant à la terre et cette tension. I1 est possible dti terdire-une élévation de tension du coté du potentiel négatif dans le cas d'utilisations qui se succèdent directement -et délivrent une puissance en retour, la première utilisation - comptée dans le sens du courant -- ayant une consommation supérieure à la puissance en retour délivrée par la seconde. Lorsque cette possibilité de couplage n'existe pas, et dans un montage où plusieurs utilisations peuvent étre branchées en série entre deux noeuds de la boucle et,.par suite de la puissance en retour des utilisations, des noeuds situés entre des utilisations ou des noeuds de la boucle situés en aval d'utilisStions peuvent atteindre une tension limite-positive supérieure à celle de noeuds de la boucle situés en aval de génératrices, des diodes supplémentaires sont disposées dans.-le sens direct entre ces noeuds de la boucle et le noeud du circuit, selon une autre caractéristique de l'invention. En vue du dUcLenchement d'une alarme et dee interventions de réduction, il est possible de former la somme du courant de la diode supplémentaire et du courant de l & diode du noeud de la boucle positif, assigné à la généoratrice correspondante. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans un montage où par suite de la puissance en retour de génératrices, des noeuds de la boucle situés en aval de génératrices peuvent atteindre une tension limité négative supérieure à celle de noeuds de la boucle situés en aval d'uti- listions, des diodes supplémentaires sont disposées dans le sens inverse entre ces noeuds de la boucle et le noeud du circuit. En vue du déclenchement d'une alarme et des opérations de réduction, il est possible de former la somme du courant de la diode supplémentaire et du courant de la diode du noeud de ia boucle négatif, assigné à l'utilisation correspondante. Afin d'obtenir non seulement. la symétrisation du potentiel et le déclenchement d'une alarme lors du dépassement de valeurs prédéterminées de la tension dtisolement, mais aussi une limitation par des interventions dans la régulation de génératrices et utilisations, et selon une autre caractéristique de l'invention les potentiels des noeuds de la boucle par rapport à Ia terre servent à la limitation de la puissance maximale des génératrices et utilisations.Une intervention dans la régulation permet de réduire la tension des génératrices situées en amont des noeuds de la boucle, quand les valeurs limites positives prédéterminées sont atteintes, et de réduire la tension des utilisations secondaires situées en amont du noeud, quand les valeurs limites négatives prédéterminées sont atteintes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les noeuds situés entre des utilisations et les noeuds de la boucle situés en aval de géné ra tri ces sont reliés, par des diodes dans le sens direct, à un noeud auxiliaire commun, dont le potentiel sert à ltintervention de limitation sur les génératrices situées en amont des noeuds de la boucle considérés. L'avantage essentiel du montage selon l'invention réside dans ltob- mention d'une commande et d'un contrôle précis des conditions de potentiel dans un circuit à courant constant, avec un appareillage limité. Lorsque des valeurs maximales prédéterminées des tensions d'isolement sont-dépas- sées par des conditions de service particulièrement défavorables, des interventions de limitation dans les équipements de régulation existants évitent des tensions trop élevées pour les génératrices et les utilisations. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisatiop et des dessins annexés sur lesquels la figure la représente le schdma d'un circuit à courant constant avec un réseau de diodes et résistances; la figure lb est le diagramme des différences de potentiel entre les noeuds de la boucle, pour un cas de charge choisi à titre d'exemple; la figure 2 représente une partie de la boucle à courant constant du circuit à courant constant de la figure 1 et la figure 3 représente une boucle à courant constant, avec deux utilisations successives en série. La figure la représente à titre d'exemple une boucle comprenant quatre génératrices à courant constant G1, G2, G3, G4 et quatre utilisations M1, M2; M3, M4. Les génératrices et les utilisations sont alternativement branchées en série. Le réseau de diodes et résistances est connecté aux noeuds (1.1/1 .2/2.2/2.3/3.3/3.4/4.4/4.1) de la boucle à courant constant). Les génératrices à courant constant sont automatiquement réglées à une même puissance, c'est-à-dire que leurs tensions uG1, uG2, UG3, UG4 sont égales. Les puissances des utilisations sont prédéterminées en fonction des besoins du processus; elles ne sont donc généralement pas égales, de sorte que les tensions d'utilisation uMl,uM2, UM3 UM4 diffèrent aussi. La figure lb représente, pour un cas de charge choisi arbitrairement, lladdition graphique des différences de potentiel entre les neeuds de la boucle du circuit à courant constant. Elle montre que la différence maximale apparat entre les noeuds 3.3 et 3.4, c'est-à-dire aux bornes de l'utilisation M3. En l'absence du réseau de diodes et résistances selon l'invention (figure la), la tension maximale par rapport à la terre - et par suite aussi la sollicitation de l'isolation - dépendrait des condi tions aléatoires de la résistance d'isolement et se situerait entre 0,5 UM3 et t. Le réseau connecté de diodes et résistances détermine toutefois, dans tous les états de fonctionnement, le potentiel positif maximal et le potentiel négatif de valeur absolue maximale à l'aide des diodes reliées aux noeuds de la boucle et les met à la terre par les noeuds 1,2 et les résistances Rl, R2. Les deux noeuds de la boucle sont donc symétrisés par la différence de potentiel maximale. La sollicitation maximale de l'isolation en service est, dans l'exemple choisi u15 - 0,5 Le réseau de diodes et résistances ajuste aussi la sollicitation d'isolation minimale dans tout autre état de fonctionnement. Le courant qui circule en permanence dans les résistances Ru et R2 est proportionnel à-la différence de potentiel maximale possible.Ce courant proportionnel circule d'un seul noeud de la boucle vers le noeud 1, toujours par une seule diode, sauf si deux noeuds de la bouclé se trouvent par hasard au meme potentiel. Le courant sortant du noeud 2 revient'de même vers un point de la boucle à courant constant par une seule diode. La figure la montre que des appareils de mesure de courant sont bran- chés en série avec les diodes de redressement du réseau et que cette mesure de courant détermine le point à potentiel positif maximal (3.3) et le point à potentiel négatif de valeur absolue maximale (3.4). L'intensité du courant mesuré est proportionnelle à la différence de potentiel par rapportà la terre et par suite à la sollicitation de l'Lsolation Les courants i1 et i2 sont utilisables pour la signalisation-d'alarme lors du dépassement de valeurs prédéterminées du potentiel et pour la réduc tion automatique des tensions en cas de défauts dans la boucle à courant constant. En cas de court-circuit à la terre ou de réduction notable de la résistance d'isolement, un courant circule entre la connexion des résis rances R1, R2 et la terre. L'intensité de ce courant dépend de la position de la diminution de la resSistance d'isolement et présente dans le cas le plus défavorable une valeur maximale 2uis U = R1 La figure 2 représente une partie de boucle à courant constant selon figure 1. Le moteur M2 par exemple délivre une puissance en retour au cir -cuit à courant constant, c'est-à-dire dire que sa tension est de m & e sens que celle des génératrices.Le noeud 2.3 de la figure 2 est par suite à un potentiel supérieur à celui du noeud 2.2, comme le montre le diagramme cor respondant. I1 n'y a toutefois pas de signalisation, car le noeud de la boucle 2.3 n'est pas interrogé pour une tensiqn positive par rapport à la terre. Le noeud 3.3, dont le potentiel est encore supérieur à celui du noeud 2.3, intervient ainsi dans le montage symétriseur. Le montage fonc tionne donc correctement. Le fonctionnement correct est maintenu meme quand la génératrice 3 est déconnectée, car la tension à ses bornes ne peut pas s'inverser, par suite du redresseur à diodes, et le noeud de boucle 3.3 doit ainsi présenter le même potentiel positif que le noeud 2.3. Les redres seurs à diodes des génératrices interdisent également l'apparition d'élé vations de tension du côté du potentiel négatif. Des considérations identiques s'appliquent au cas de deux utilisations successives çn série, la première - comptée dans le sens du courant ayant une consommation supérieure à la puissance en retour que la seconde utilisation peut délivrer. Les conditions de potentiel représentées à la figure 3 peuvent apparature quand cet ordre ne peut pas être garanti, c'est-à-dire quand la première - comptée de nouveau dans le sens du courant - de deux utilisations successives en série, peut délivrer une puissance en retour. Le noeud 2.22 est à un potentiel supérieur à celui de tous les autres noeuds de la boucle. Une diode supplémentaire doit autre disposée entre le noeud 2.22 et le point 1 pour permettre dans ce cas aussi une symétrisation et une signalisation du potentiel -correctes > c'est-àire en fonction de la tension dtisotement maximale dans toutes les conditions de service.Pour le déclenchement d'une alarme et le cas échéant des interventions de réduction, il suffit le plus souvent de-mesurer la somme des courants des diodes assignées -aux noeuds 2.21 et 2.225 car une distinction entre ces noeuds est inutile. Les installations à courant constant présentent l'avantage de permettre d'alimenter un nombre élevé d'utilisations à courant continu, indépendantes et à grande puissance nominale totale, par quelques génératrices à faible puissance nominale totale. Lorsqu'un circuit à courant constant comprend des utilisations importantes elles que des convertisseurs alimentant le réseau de bord - et des utilisations secondaires - telles que des entratnements de treull- -, la consommation de ces dernières doit autre réduite en cas de surcharge des génératrices, c'est-à-dire pour une tension de génératrice trop élevée. Tous les couples sont conservés et seules les vitesses de rotation doivent 8tre réduites.Dans le cas d'un entraînement de -treuil, une réduction de la vitesse de rotation signifie que le couple total est conservé, ainsi que l'effort de traction-par conséqueÛt, et que seule la vitesse du cible est diminuée, Une limitation de-la puissance dtutilisations secondaires en cas de -dépassement de la tension d1isolement nominale est judicieuse dans de nombreux cas, car, en doit de la commande décrite du potentiel en vue d'une sollicitation minimale de l'isolation, un tel dépassement est possible par suite dune commutation défavorable des génératrices, telle que la coupure de plusieurs génFratrices voisines. Afin de ne pas devoir calculer la tension de service nominale de l'installation en fonction de *s valeurs élevées, qui sont rares et peuvent Entre évitées par la-conduite, les potentiels des noeuds de la boucle servent à limiter la puissance maximale des génératrices et des utilisations. Le dépassement de la tension limite positive admissible par rapport à la terre est contrôlé selon figure la sur tous les noeuds (1.1/2.2/3.3/ 3.4) situés en aval de génératrices. Lorsque les valeurs limites prédéterminées sont atteintes, une intervention dans la régulation réduit la tension de la génératrice située en amont du noeud et un dépassement de la sollicitation de l'isolation admissible en service est ainsi évité. Lorsque les valeurs limites positives sont dépassées sur plus d'un noeud de la boucle, dans des installations à courant constant très importantes compre sont de nombreux moteurs et génératrices en série, la limitation de tension par intervention dans la régulation intéresse plusieurs génératrices. Le dépassement de la tension limite négative admissible par rapport à la terre est contrarié selon figure la sur tous les noeuds situés en aval d'utilisations (1.2/2.3/3.4/4.1). Lorsque les valeurs limites prédéterminées sont atteintes, une intervention dans la régulation de l'utilisation située en amont du noeud réduit la tension et évite un dépassement de la tension d'isolement admissible. Lorsque des utilisations importantes et secondaires se trouvent dans une branche de la boucle à courant constant, la réduction de- tension ne doit évidemment agir que sur les utilisations secondaires. Quand une branche ne comprend que des utilisations importantes, la réduction doit s'effectuer sur les utilisations secondaires situées dans la .branche précédente. Le montage de limitation des tensions inadmissibles doit Stre complété quand, par suite de la puissance en retour des utilisations, des noeuds situés entre des utilisations ou en'aval d'utilisation risquent.d'atteindre une tenston limite positive supérieure à celle de noeuds situés en aval de génératrices. La valeur maximale positive du potentiel est interrogé sur tous les noeuds considérés de la branche en question par des diodes et la tension en aval de I'opératêur à diodes sert à une intervention de limitation sur la génératrice située en amont du noeud. Bien entendu, diverses modifications peuvent entre apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'entre -décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Montage pour la commande du potentiel, le contrôle et la limitation de la tension d'isolement dans des installations à courant constant comprenant des génératrices et des utilisations alternativement branchées en série dans une boucle, ledit montage étant caractérisé par un réseau de diodes et résistances qui est connecté aux noeuds de la boucle et met à la terre le potentiel positif maximal et le potentiel négatif de valeur absolue maximale, dans tous les états de fonctionnement, par l'intermédiaire de résistances égales. 2. Montage selon revendication 1, caractérisé en ce que les noeuds de boucle positifs, assignés aux génératrices, sont reliés à un premier noeud du circuit par des diodes dans le sens direct et les noeuds de boucle négatifs, assignés aux utilisations, sont reliés à un second noeud du circuit par des diodes dans le sens inverse, les deux noeuds étant mis à la terre par des résistances égales. 3. Montage selon revendication 1, caractérisé par des appareils de mesure, branchés en série avec les diodes de redressement du réseau. 4. Montage selon revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les courants circulant dans les appareils de mesure servent au déclenchement d 'une alarme et à la réduction automatique des tensions lors d'un dépassement de potentiels prédéterminés. 5. Montage selon revendications 1 à 3, çaractérisé en ce que le courant circulant entre la connexion des résistances et la terre sert au contrdle ds la résistance d'isolement dans la boucle à courant constant. 6. Montage selon revendications 1 et 2, dans lequel plusieurs utilisations peuvent se trouver en série entre deux noeuds de la boucle et où des noeuds situés entre des utilisations ou des noeuds de boucle situés en aval d'utilisations peuvent, par suite de la puissance en retour d'utilisations1 atteindre une tension limite positive supérieure à celle des noeuds de boucle situés en aval de génératrices, ledit montage étant caractérisé par des diodes supplémentaires, branchées dans le sens direct entre ces noeuds de boucle et le premier noeud du circuit. 7. Montage selon revendications 1 et 2, dans lequel des noeuds de boucle situés en aval de génératrices peuvent atteindre une tension limite négative supérieure à celle de noeuds de boucle situés en aval d'utilisations, par suite de la puissance en retour de génératrices, ledit montage étant caractérisé par le branchement de diodes supplémentaires dans le sens i.nvérse entre ces noeuds de boucle et le second noeud du circuit. 8. Montage selon revendication 6, caractérisé par la formation de la somme du courant de la diode supplémentaire et du courant de la diode du noeud de boucle positif, assigné à la génératrice correspondante, en vue du déclenchement dune alarme et des interventions de réduction de tension. 9. Montage selon revendication 7, caractérisé par la formation de la somme du courant de la diode supplémentaire et du courant de la diode du noeud'de boucle négatif, assigné à l'utilisation correspondante5 en vue du déclenchement d'une alarme et des interventions de réduction de la tension. 10. Montage selon revendications 1 84 4 et 6 à 9, caractérisé en ce que les potentiels des noeuds de la boucle par rapport à la terre servent à la limitation de la puissance maximale des génératrices des utilisations. Il. Montage selon revendication 10, caractérisé en ce qu'une intervention dans la-régulation réduit la tension des génératrices situées en amont des noeuds de la boucle, quand les valeurs limites positives prédéterminées sont atteintes, et une intervention dans la régulation réduit la tension des utilisations secondaires situées en amont du noeud, quand les valeurs limites négatives prédéterminées sont atteintes. 12. Montage selon revendications 6 et 11, caractérisé en ce que les noeuds situés entre des utilisations et les noeuds de boucle situés en aval des génératrices sont reliés, par des diodes dans le sens direct, à un noeud auxiliaire commun, dont le potentiel sert à une intervention de limitation sur les génératrices situées en amont'des noeuds de boucle çonsidérés.