Brevet FR2324152A1 — publié le 19770408

La présente invention concerne un dispositif d'alimentation d'utilisations en courant monophasé a partir de réseaux à tension continue ou monophasée de tension et/ou fréquence différentes, et presentant notamment l'échelonnement de tension 3/1,5/1 usuel dans les chemins de fer. Du fait de la différence des réseaux de lignes de contact dans les divers pays, le trafic international impose des moyens pour assurer l'alimentation dans le train des types les plus divers d'utilisations. Ces dernieres comprennent par exemple les équipements de climatisation, la charge de batteries et les utilisations auxiliaires, telles que WC, chauffage, eau chaude, éclairage, etc. La barre omnibus du train peut être portee a une tension continue de 3 kV, une tension continue de 1,5 kV, une tension monophasée de 1,5 kV, 50-Hz ou une tension monophasée de 1 kV, 16 2/3 Hz, ce qui correspond à un echelonnement de tension de 3/1,5/1. On part généralement de la tension continue, qui est convertie en fonction des utilisations considérées. Dans le cas d'une tension monophasée, on procède d'abord a un redressement. Jusqu'a present, on utilisait essentiellement des convertisseurs tournants. L'invention a pour objet un dispositif simple et grande sécurité de fonctionnement, constitué uniquement par des composants statiques. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les tensions continues du réseau sont transmises directement et les tensions alternatives du réseau apres redressement et filtrage a deux variateurs de courant continu a transformateur onduleur, qui sont couplés en série pour une haute tension continue du réseau et en parallele pour une moyenne tension continue du réseau, et les moyens de filtrage après redressement sont affectés aux deux variateurs de courant continu et dimensionnés pour compenser des différences d'amorçage dans le cas de la haute tension continue du réseau. Le couplage en série ou en parallèle de composants pour des tensions de service différentes est connu, de même que l'emploi de variateurs de courant continu. On n'utilisait toutefois pas jusqu'a présent des variateurs de courant continu 1,5 kV couplés en série pour des tensions de service élevées, telles qu'une tension continue de 3 kV, car une synchronisation insuffisante de l'amorçage et de l'extinction entrainait une défaillance fréquente des thyristors par suite de la double sollicitation en tension apparaissant alors souvent. L'invention permet de négliger désormais certaines différences d'amorçage, grâce a une double utilisation des moyens de filtrage existant déja pour le redressement et a leur affectation aux variateurs de courant continu. Les moyens de filtrage sont utilement dimensionnes pour la fréquence de réseau minimale. En d'autres termes, les moyens de filtrage sont adaptés, dans les conditions de service precitées, a une tension monophase de 1 kV et 16 2/3 Rz. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de filtrage sont constitués chacun par une self de filtrage, branchée en amont du variateur de courant continu, et le couplage en parallèle du variateur de courant continu et du condensateur en parallele avec l'enroulement primaire du transformateur onduleur. Il est en outre avantageux d'utiliser pour le redressement d'une tension réseau monophasée un pont de Graetz, dont les soupapes des branches en série dans le même sens assurent le couplage en série ou en parallele des deux variateurs de courant continu dans le cas d'une tension réseau continue. Les soupapes du redresseur en pont servent ainsi simultanément de soupapes a d'arrêt et evitent l'emploi de composants distincts. Les cOtés anodiques des deux branches du pont sont reliés chacun a un enroulement primaire du transformateur onduleur et connectés par un interrupteur dans le cas d'une tension reseau monophasée. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le cas d'une tension réseau monophasée, les cotés cathodiques des deux branches du pont sont reliés par un interrupteur et, dans le cas d'une tension réseau continue et du couplage en série des variateurs de courant continu, la branche du pont appartenant au premier variateur de courant continu et situee d'un coté de l'interrupteur est reliée à la self de filtrage appartenant au second variateur de courant, et la branche du pont appartenant au second variateur de courant continu et située de l'autre cOté de l'interrupteur est-reliée par un autre interrupteur a une borne du réseau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente un schéma synoptique du dispositif selon l'invention; la figure 2 représente un schéma détaillé; et la figure 3 représente un tableau des interrupteurs. Selon la figure 1, les tensions. monophasées apparaissant sur la ligne d'alimentation 1 (1,5 kV, 50 Hz ou 1 kV, 16 2/3 Hz) sont redres sées par un redresseur 2, puis transmises par un filtre 3 a un variateur de courant continu 4 a transformateur onduleur 5. La tension monophasée obtenue est transmise à une ou plusieurs utilisations 6. Les tensions continues apparaissant sur la ligne d'alimentation 7 (3 kV=. ou 1,5 kV=) n'exigent aucun redressement, de sorte que le passage par le redresseur 2 est supprimé. Le trajet jusqu'au variateur de courant continu 4, par le filtre 3, demeure par ailleurs identique. La figure 2 est une représentation plus détaillée du schéma de la figure 1. Une des quatre tensions d'alimentation peut être prélevée sur la barre omnibus 8 du train, selon le pays ou il circule. La tension prélevée est transmise aux enroulements primaires 17 et 18 d'un transformateur onduleur 19, par un fusible général 9 et un contacteur principal 10, d'autres fusibles 11 et 12, des selfs de filtrage 13 et 14 et des variateurs de courant continu 15 et 16 (la seconde grille du thyristor désigne le dispositif d'extinction). Les enroulements secondaires 20 et 21 du transformateur onduleur 19 permettent le raccordement des utilisations. En aval des enroulements primaires se trouve un pont de Graetz 22, dont les branches de soupapes 23 et 24 sont en série dans le même sens.Les condensateurs 25 et 26 constituent les filtres avec les selfs 13 et 14; des diodes de récupération 27 et 28 sont prévues. Des interrupteurs 29 a 36 permettent le branchement d'une tension monophasée ou continue et le groupement. Une prise de masse 37 est représentée. La figure 3 représente les positions des interrupteurs 29 a 36 nécessaires pour les diverses tensions et fréquences, un point indiquant la position de fermeture de l'interrupteur correspondant. On voit que les interrupteurs 29, 30, 31 sont fermés et les autres ouverts pour une tension continue de 3 kV. Le contacteur principal 10 étant fermé, le courant circule dans 8, 9, 10, 30, 11, 13, 15, 17, 23, 31, 12, 14, 16, 18, 24, 29, 37. Les soupapes des branches 23, 24 du pont 22, a double fonction, servent ici de soupapes d'arrêt. Les interrupteurs 29, 30, 32, 33 sont fermés et les interrupteurs 31, 34, 35, 36 ouverts pour une tension continue de 1500 V. Le courant circule alors dans 8, 9, 10, 30, se divise ensuite entre 11, 13, 15, 17,. 23, 33 et 12, 14, 16, 18, 24, puis atteint la masse 37 apres réunion par 29. A l' exception de 29, 30 tous les interrupteurs sont fermés pour une tension alternative de 1,5 kv, 50 Hz ou 1,0 kV, 16 2/3 Hz. Le courant d'une alternance circule alors dans 8, 9, 10, 35, la-soupape inférieure de 23, 31, puis se divise entre 32, 11, 13, 15, 17, 34 et 12, 14, 16, 18, puis atteint la masse 37 après réunion par la soupape supérieure de 24 et 36. En tension monophasée, les organes de filtrage 13, 25 et 14, 26 assurent le filtrage du courant monophase redressé. Ils sont dimensionnés pour 16 2/3 Hz, c'est- & dire particulièrement grands. En fonctionnement sous une tension continue de 3 kV, ce dimensionnement est suffisant pour absorber brievement la double tension nominale, que des irrégularités d'amorçage risquent de produire sur les variateurs de courant continu. Une double fonction des organes de filtrage est ainsi également obtenue. Les variateurs de courant continu 15 et 16 cadencent le courant continu a la fréquence souhaitée. Les enroulements secondaires 20 et 21 du transformateur onduleur 19 permettent de prélever une tension monophasée de 220 V, 50 Hz ou 30 V, 50 Hz par exemple, mais aussi d'autres tensions et fréquences. Gracie å une double utilisation rationnelle des composants existants, l'invention permet d'obtenir un dispositif simple et à fonctionnement sur, ne comportant que des composants statiques, pour l'alimentatio d'utilisations a partir de réseaux -multitensions. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement a titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention, Revendications 1. Dispositif d'alimentation d'utilisations en courant monophasé a partir de réseaux a tension continue ou monophasée de tension et/ou fréquence différentes, et présentant notamment l'echelonnement de tension de de 3/1,5/1 usuel dans les chemins de fer, ledit dispositif étant caractérise en ce que les tensions continues du reseau sont transmises directement et les tensions alternatives du réseau après redressement et filtrage a deux variateurs de courant continu a transformateur onduleur, qui sont couplés en série pour une haute tension continue du réseau et en parallèle pour une moyenne tension continue du réseau; et les moyens de filtrage apres redressement sont affectés aux deux variateurs de courant continu et dimensionnes pour compenser des différences d'amorçage dans le cas de la haute tension continue du réseau. 2. Dispositif selon revendication I, caractérisé en ce que les moyens de filtrage sont dimensionnés pour la fréquence du réseau minimale (16 2/3 Hz par exemple) 3. Dispositif selon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de filtrage sont constitués chacun par une self de filtrage, branchée en amont du variateur de courant continu et le couplage en série du variateur de courant continu et du condensateur en parallèle avec l'enroulement primaire du transformateur onduleur. 4. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le redressement de la tension reseau monophasée est assuré par un pont de Graetz, dont les soupapes des branches, en série dans le même sens, assurent le couplage en série ou en parallèle des deux variateurs courant continu dans le cas d'une tension réseau continue. 5. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérise en ce que les cOtés anodiques des deux branches du pont sont reliés chacun a un enroulement primaire du transformateur onduleur et connectés par un interrupteur dans le cas d'une tension reseau monophasée. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications I a 5, caractérisé en ce que, dans le cas d'une tension réseau monophasée, les cotés cathodiques des deux branches du pont sont reliés par un interrupteur; et dans le cas d'une tension réseau continue avec couplage en série des variateurs de courant continu, la branche du pont appartenant au premier variateur de courant continu et située d'un côte de l'interrupteur est reliée a la self de filtrage appartenant au second variateur de courant continu, et la branche du pont appartenant au second variateur de courant continu et située de l'autre cgté de l'interrupteur est reliée par un autre interrupteur a une borne du réseau (masse).