Brevet FR2390844A1 — publié le 19781208

La présente invention a- pour objet un groupe stabilisateur de courant alternatif, destiné notamment- à l'alimentation en énergie électrique d'ensembles d' informatique. Un tel appareillage comporte des moyens pour maintenir l'alimentation en courant stabilisé en -cas de coupure momentanée du secteur, des connexions étant prévues avec le secteur et avec une batterie, Ce genre d'appareillage est indispensable dans certains cas pour stabiliser le courant alternatif fourni aux dispositifs d'utilisation, par exemple des- ordinateurs -raccordés directement à un réseau de transport et de distribution d'énergie. Des creux de tension apparaissent en effet sur tous les réseaux due distribution d'énergie, leur origine pouvant etre diverse. Ainsi, certains appareils absorbent une puissance variable et créent localement des creux de tension et des parasites. Par ailleurs, il peut se produire des incidents d'exploitation ayant pour conséquence des défauts qui créent des creux de tension, et qui déclenchent une séquence de fonctionnement des protections prévues. Cela se traduit, soit par des miero-coupures dont la durée peut être de 250 à 300 millisecondes environ, soit parades coupures en cas de persistance du défaut. Or, compte tenu des données technico-économiques du problème, il- ne serait pas justifie de réaliser un réseau général dont les caractéristiques soient telles qu'il puisse satisfaire, dans chaque cas, les besoins spécifiques des systèmes informatiques, alors que la qualité ainsi obtenue n'est pas indispensable pour la majorité des autres utilisateurs.On connaît ainsi dieux types de groupes stabilisateurs Dans une première réalisation, le groupe est constitué par la combinaison d'un moteur asynchrone et d'un alternateur avec interposition d'un volant d'inertie, le moteur asynchrone étant relié au secteur, et l'alternateur fournissant un courant régulé aux appareils d'utilisation. te moteur asynchrone entraîne le volant et l'alternateur, ce dernier alimentant en permanence l'installation. te volant d'inertie assure le maintien de la vitesse de rotation pendant les micro-coupures. Ce groupe permet de stabiliser la fréquence sensiblement à + zéro, - > 1% en régime établi, son autonomie étant de 0,3 secondes environ, de sorte qu'il assure une pro tection essentiellement contre les micro-coupures. La seconde réalisation connue est constituée par l'assemblage d'un moteur à courant continu et d'un alternateur avec interposition d'un volant d'inertie. En présence du secteur, le moteur à courant continu est alimenté par un système redresseur situé dans une armoire de commande. En cas de coupure du secteur, le moteur est alimenté par une batterie, un chargeur assurant la tension d'égalisation et éventuellement la recharge rapide de la batterie. Ce groupe a une autonomie de l'ordre de 5 à 15 minutes environ grâce à la batterie, et permet bien entendu de remédier aux microcoupures. ta première réalisation présente l'inconvénient de n'assurer la protection que contre les micro-coupures, grâce à son volant d'inertie, les appareils utilisateurs n'étant donc pas protégés contre les coupures prolongées. Dans le second groupe stabilisateur précité, le moteur à courant continu utilisé ne peut fonctionner en génératrice pour assurer la charge de la batterie en même temps qu'il est alimenté par le courant de secteur, sa tension de fonctionnement étant en effet inférieure à la tension nécessaire pour charger la batterie. t'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en réalisånt un groupe stabilisateur de courant alternatif capable d'assurer une protection contre les coupures prolongées tout en fonctionnant comme génératrice pour charger la batterie, lorsqu'il est alimenté normalement par le secteur. A cet effet, le groupe stabilisateur selon l'invention com prend - une machine à courant continu reliée à la batterie et éventuellement à un secteur à courant alternatif de secours par l'intermédiaire d'un ensemble transformateur-redresseur, - un moteur asynchrone à faible glissement relié mécaniquement à la machine à courant continu et directement au secteur de façon à pouvoir être alimenté par ce dernier, - un alternateur pouvant être entraîné par le moteur asynchrone et fournissant le courant électrique stabilisé, un volant d'inertie accouplé mécaniquement avec la machine à courant continu, le moteur asynchrone et I'alternateur,desrnoyens étant complé-- mentairement prévus pour alimenter automatiquement la machine à courant continu par la batterie en cas de coupure du-courant de secteur. Complémentairement, la machine à courant continu est équipée de moyens pour lui conférer une tension de fonctionnement plus élevée afin de la faire fonctionner comme génératrice pour charger la batterie, que lorsqu'elle fonctionne comme moteur alimenté par la batterie, le courant de secteur etant coupé. En effet, pour éviter des appels de courant au moment du changement de fonctionnement de la machine à couranticontinu lorsque de génératrice elle devient moteur pendant une coupure, la tension de la machine doit être plus élevée en génératrice qu'en moteur. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif, on a représenté un mode de réalisation de l'invention. - la figure 1 est un schéma montrant l'agencement des organes constitutifs du groupe stabilisateur de courant alternatif selon l'invention. - La figure 2 est un schéma simplifié montrant l'alimentation du groupe stabilisateur et plus particulièrement de la machine à courant continu. te groupe stabilisateur de courant alternatif représenté sur les figures, est destiné notamment à l'alimentation en énergie électrique d'ensembles d'informatique comprenant des ordinateurs. Conformément à l'invention, ce groupe comprend - une machine à courant continu 1 pouvue d'une connexion 2 aboutissant à un interrupteur 3 pouvant assurer dans l'une de ses positions (représentée au dessin) la liaison avec un secteur de secours 4, et dans sa seconde position la liaison avec une batterie 5. te secteur de secours peut être par exemple un groupe électrogène fournissant un courant de fréquence instable, traversant un ensemble transformateur-redresseur 6 avant d'arriver à l'interrupteur 3. - un moteur asynchrone à très faible glissement 7 relié d'une part à la machine à courant continu i par la ligne d'arbres 8, et d'autre part directement au secteur 9 avec interposition d'une armoire de commande 11, de façon à pouvoir être alimenté par le secteur. - un alternateur 12 pouvant être entraîné par le moteur asynchrone 7 ét fournissant le courant électrique stabilisé par sa sortie 13, un volant d'inertie 14 étant complémentairement intercalé entre le moteur asynchrone 7 et l'alternateur 12 et accouplé mécaniquement à ces organes. La machine à courant continu 1, la machine asynclirone à faible glissement 7, le volant d'inertie 14 et l'alternateur 12 sont ainsi montés sur la même ligne d'arbres. l'ensemble peut être complété par un pupitre ou coffret de commande à distance 10, relié à l'armoire de commande 11. Suivant une particularité importante de l'invention, la machine à courant continu I est équipée de moyens pour lui conférer une tension de fonctionnement plus élevée afin de la faire fonctionner comme génératrice pour charger la batterie 5, quand le courant de secteur n'est pas coupé, que lorsqu'elle fonctionne comme moteur alimenté par la batterie quand le courant du secteur 9 est coupé. A cet effet, les moyens précités comprennent, dans la réalisation représentée à la figure 2, un premier enroulement 15 monté en shunt aux bornes de la batterie 5, un second enroulement 17 excité par le secteur 9, et un troisième enroulement 16 contrôlé par un régulateur de vitesse 14. Ce dernier est en outre relié à la batterie 5 par la connexion 18 et à l'enroulement 20 des pôles de commutation de la machine à courant continu 1, l'enroulement 20 ainsi qu'un enroulement série 19 étant branchés aux bornes du shunt 15. te régulateur 14 peut ainsi contrôler la vitesse de la machine à courant continu I quand elle fonctionne comme moteur, ainsi que la tension de la batterie 5, quand ladite machine fonctionne en génératrice. te fonctionnement et les avantages du groupe stabilisateur qui vient d'être décrit sont les suivants.. Lorsque le secteur 9 alimente normalement le moteur asynchrone 7 à faible glissement, ce dernier entraîne l'alternateur 12 et le volant d'inertie 14. L'ensemble des éléments 7, 12 et 14 fonctionne alors comme un groupe pouvant assurer la protection contre les micro-coupures grâce au volant d'inertie 14. Dans le même temps, la machine à courant continu 1, entraînée par la ligne d'arbres 8, fonctionne en génératrice et charge ou maintient en charge la batterie 5 contrôlée par le régulateur 14. En cas de coupure du secteur 9, le courant s'inverse instantanément dans le circuit bouclé de la machine à courant continu 1batterie 5. L'excitation de la machine à courant continu 1 est instantanément réduite, l'enroulement considéré 17 n'étant plus alimenté. La machine 1 devient alors immédiatement moteur et est à ce moment contrôlée par le régulateur de vitesse 14, le volant permettant de maintenir dans des limites acceptables la vitesse de rotation de l'ensemble pendant 11 établissement des courants. La machine 1 reçoit sa tension d'excitation normale en moteur, et du fait que cette tension est inférieure à la tension nécessaire à la charge de la batterie 5, le courant stinverse sans qu'il y ait possibilité de pointe d'intensité. Ainsi, l'agencement des trois enroulements 15, 16, 17 confère avantageusement à la machine à courant continu réversible 1, une tension plus élevée lorsqu'elle est génératrice quelorsqu'elle est motrice. En effet, il convient d'éviter des appels de courant importants au moment de la réversion de la machine 1 de génératrice en moteur comme on l'a déjà indiqué. Ces appels instantanés de courant peuvent être très importants en l'absence des enroulements précités lorsque la machine est alimentée par la batterie 5, et seraient néfastes à la bonne tenue du collecteur de ladite machine, ainsi que des éléments de la batterie 5. il convient que la tension au collecteur soit définie avec précision pour chaque mode de fonctionnement de la machine 1, ce qui est très avantageusement et simplement obtenu par l'agencement des trois enroulements ci-dessus prévus par l'invention. Lorsque le courant de secteur revient, le phénomène inverse du précédent se produit instantanément. L'enroulement auxiliaire 17 permet très avantageusement le passage automatique sans-à-coups ni "flashes" au collecteur, régime moteur de machine à courant continu 1, à son régime "génératrice". En outre, les contacteurs de l'armoire il alimentent le moteur asynchrone à faible glissement 7 qui est resté à son régime. il n'y a donc que très peu d'appels de courant au-delà de l'intensité- nominale. Si la durée de la coupure du secteur 9 doit dépasser l'autonomie de la batterie 5 (auelques minutes), l'ensemble constitué par la machine 1, le moteur 7 et l'alternateur 12 peut être alimenté par un groupe électrogène dont le courant alternatif fourni par la liaison 4 est redressé par l'ensemble redresseur 6, l'interrupteur 3 étant alors placé dans la position représentée aux dessins. La vitesse de rotation de la ligne d'arbres des trois éléments 1, 7 et 12 est encore maintenue correcte par le régulateur de vitesse 14. l'inversion de l'interrupteur 3 peut être réalisée manuellement ou automatiquement. te groupe stabilisateur conforme à l'invention assure des performances supérieures à celles des groupes composés d'un moteur à courant continu et d'un alternateur avec batterie et chargeur l'appareillage de commande, contrôle et sécurité est en outre moins complexe. On constate par ailleurs que le rendement obtenu est excellent, tandis que le fait de prévoir la possibilité d'alimenter la machine à courant continu 1 par un secteur de secours 4 assure avantageusement le fonctionnement en cas de défaillance ou d'incidents de la batterie 5. le groupe stabilisateur conforme à l'invention ne comporte pas par ailleurs de thyristors de puissance, et évite de ce fait une pollution du secteur. Un autre avantage du groupe stabilisateur selon l'invention est constitué par le fait que le volant d'inertie 14 permet de maintenir l'ensemble en rotation pendant les temps d'établissement du courant dans les circuits électriques, lorsque l'alimentation du groupe passe du secteur à courant alternatif à la batterie ou viceversa. Ce temps est très faible et inférieur à celui qui serait nécessaire si les alimentations des moteurs concernés se faisaient par basculement des contacteurs. Le moment d'inertie du volant est inférieur à celui qui serait nécessaire pour un groupe stabilisateur de la technique connue. L'invention n'est pas limitée à la forme dè réalisation décrite et peut comporter des variantes d'exécution. Ainsi, le groupe peut évidemment fonctionner seulement avec la batterie 5, sans groupe électrogène, le redresseur 6 et l'interrupteur D étant alors supprimés. Cependant, l'autonomie de cette variante est limitée à celle de la batterie. tes trois machines 1, 7 et 12 peuvent ne pas être disposées sur une même ligne d'arbre, un ou plusieurs éléments du groupe pouvant être entralnés par l'intermédiaire de courroies ou de boîtes d'engrenages. Par ailleurs, le groupe stabilisateur selon l'invention peut être évidemment utilisé pour l'alimentation d'appareils autres que des ensembles d'informatique, mais qui nécessiteraient un courant présentant les mêmes caractéristiques que celui devant alimenter les ensembles d'informatique, par exemple des calculateurs de commande numérique. REVENDICATIONS 1.- Groupe stabilisateur de courant alternatif destiné notamment à l'alimentation en énergie électrique d'ensembles d'informatique, comportant des moyens pour maintenir l'alimentation en courant stabilisé en cas de coupure momentanée du secteur, des connexions avec le secteur et avec une batterie étant prévues, caractérisé en ce qu'il comprend - une machine à courant continu reliée à la batterie, et éventuel lement à un secteur à courant alternatif de secours par l'-inter médiaire d'un ensemble transformateur-redresseur, - un moteur asynchrone à faible glissement relié à la machine à courant continu et au secteur de façon à pouvoir être alimenté par ce dernier, - un alternateur pouvant être entraîné par le moteur asynchrone et fournissant le courant électrique stabilisé, un volant d'iner tie accouplé mécaniquement avec la machine à courant continu, le moteur asynchrone et l'alternateur, des moyens étant complé mentairement prévus pour brancher automatiquement la machine à courant continu sur la batterie ou sur le secteur alternatif de secours en cas de coupure du courant de secteur. 2.- Groupe stabilisateur de courant alternatif selon la revendica tion 1, caractérisé en ce que le volant d'inertie est intercalé entre le moteur asynchrone et l'alternateur. 3.- Groupe stabilisateur de courant alternatif selon l'une des reven dications 1 et 2, caractérisé en ce que la machine à courant continu est équipée de moyens pour lui conférer une tension de fonctionnement plus élevée afin de la faire fonctionner comme génératrice pour charger la batterie, quand le courant de sec teur n'est pas coupé, que lorsqu'elle fonctionne comme moteur alimenté par la batterie, le courant de secteur étant coupé. 4.- Groupe stabilisateur de courant alternatif selon la revendica tion 3, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un premier enroulement shunt branché aux bornes de la batterie, un second enroulement excité par le secteur, et un troisième enroulement de régulation contrôlé par un régulateur de vitesse, ce dernier étant mis en oeuvre pour contrôler la vitesse de la machine à courant continu quand elle fonctionne comme moteur, et ledit régulateur de vitesse étant en outre relié à la bat terie pour contrôler sa tension. 5.- Groupe stabilisateur de courant alternatif -selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la connexion entre la batterie et la machine courant continu est pourvue d'un interrupteur relié à un système redresseur pouvant être bran ché sur un secteur de secours te-l qu'un groupe électrogène.