Brevet FR2566597A1 — publié le 19851227

La présente invention est relative à un dispositif d'alimentation électrique stabilisée du type à onduleur statique, destiné à alimenter en permanence un appareillage ou une installation électrique sans perturbation lors de modifications de la tension fournie par le réseau de distribution d'énergie électrique, notamment lors de coupures ou de microcoupures apparaissant sur le réseau. De tels dispositifs d'alimentation sont utilisables pour une très large plage d'applications o il est nécessaire d'alimenter sans risque de coupure un appareillage ou une installation électrique en courant alternatif monophasé ou triphasé présentant une qualité d'onde sensiblement constante. A titre d'application particulière, on peut citer les systèmes informatiques pour lesquels des coupures de courant peuvent avoir des conséquences particulièrement dommageables au niveau du stockage des informations. Des dispositifs connus de ce type comprennent un onduleur statique alimenté en permanence par une batterie maintenue, en régime normal, en floating par un redresseur-chargeur relié au réseau. La tension d'entrée de l'onduleur est donc égale à la tension batterie qui peut varier de 30 % environ entre les deux états extrèmes, c est-à-dire, chargée et complètement déchargée. D'autres dispositifs connus consistent à alimenter un onduleur statique par un redresseur connecté au réseau, en régime normal, et à commuter l'onduleur sur une batterie maintenue en floating par un chargeur indépendant. Dans certains cas, cette solution peut être améliorée, notamment lorsque la tension batterie est basse et que l'on désire un bon rendement, par l'interposition d'un convertisseur continu/continu entre la batterie et l'onduleur. Mais même dans ce cas, l'onduleur est soumis aux fluctuations de la tension réseau qui varie couramment de + 15 %. Dans tous les cas, et sans tenir compte d'autres paramètres tels que la chute de tension en ligne de l'onduleur due au courant de charge, il est indispensable de surdimensionner l'onduleur de 30 % environ. D'autre part ces dispositifs génèrent des harmoniques de courant qui sont réinjectés dans le réseau et font croitre le taux de distorsion jusqu'à 30 % de façon courante. La présente invention se propose de fournir un dispositif d'alimentation électrique stabilisé de secours qui tout en utilisant des composants plus simples et plus économiques que les dispositifs antérieurs permet d'éviter notamment les inconvénients mentionnés ci-dessus, et d'absorber des variations d'amplitude encore plus élevées de la tension d'entrée, les variations admises pouvant être de l'ordre de + 50%, -2- Le dispositif selon l'invention se caractérise essentiellement par le fait qu'il comprend en série, en amont de l'onduleur, un hacheur-survolteur, l'onduleur et le hacheur-survolteur étant commandés par un système de régulation agissant séparément sur le hacheur-survolteur et l'onduleur pour, d'une part réguler, de façon à la maintenir sensiblement constante, l'amplitude de la tension alternative de sortie de l'onduleur et d'autre part pour réguler, de façon à la maintenir sensiblement constante, la fréquence de la tension, jernative de sortie de l'onduleur. Grâce à la prsànte invention, l'onduleur est toujours alimenté en tension continue d'amplitude sensiblement constante, fournie par le hacheursurvolteur, lui-même alimenté en tension continue dont l'amplitude peut varier fortement. Le hacheur-survolteur selon l'invention est en effet alimenté en tension continue d'amplitude relativement élevée par le réseau de distribution, en fonctionnement normal, au travers du redresseur d'entrée et, en cas de coupure, en tension continue dïamplitude relativement basse par la batterie d'accumulateurs. Dans la mesure o, selon l'nvention grâce à la présence du hacheursurvolteur la tension d'entrée de l'onduleur est maintenue à une valeur pratiquement constante, on peut utiliser pour la mise en oeuvre de l'invention un onduleur très simplifié en ce qui concerne ses composants, notamment ses composants de puissance. De plus, le hacheur-survolteur, par son principe, permet d'éliminer presque complètement les harmoniques de courant réinjectés habituellement sur le réseau. Le gain en dimensionnement des composants de l'onduleur est de 30 % environ, c'est-à-dire qu'avec les mêmes composants on obtient une puissance de l'installation de 30 % supérieure à la puissance obtenue de façon classique, De-plus, l'onduleur n'assure plus de régulation d'amplitude de la tension de sortie, celle-ci étant prise en charge par le hacheursurvolteur. Un hacheur-survolteur étant par nature un dispositif plus simple p30 qu'un onduleur statique, il est beaucoup plus facile à adapter à de fortes variations de la tension d'entrée par un simple surdimensionnement de son interrupteur unique. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention on va maintenant en décrire à titre d'exemple, en aucune manière limitatif, un mode de réalisation en se référant au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un schéma de circuit illustrant le dispositif selon l'invention, - la figure 2 est un schéma de circuit détaillant un système de régulation utilisable dans le dispositif de l'invention. -3 Le dispositif d'alimentation selon l'invention relié à son entrée 1 au réseau de distribution électrique alternatif, monophasé ou triphasé, comprend un pont redresseur 2 recevant le courant électrique alternatif du réseau et convertissant l'onde de tension sinusoïdale de celui-ci en tension continue faiblement ondulée dans sa ligne de sortie 3. Une alimentation électrique de secours est fournie par une batterie d'accumulateurs 4 dont le maintien en charge est assuré par un redresseur chargeur-5 relié au réseau 1 par un transformateur abaisseur 6. La batterie 4 est reliée à la ligne 3 par l'intermédiaire d'un interrupteur statique 74ooritr8lé ou non contrôlé. Les caractéristiques de l'interrupteur statique 7, de préférence contr8lé, sont déterminées de manière que celui-ci soit bloqué en fonctionnement normal lorsque la tension de la batterie 4 est inférieure à la tension fournie à partir du réseau par le pont redresseur 2 dans la ligne 3, c'est-à-dire que l'interrupteur statique est bloqué lorsque le réseau est présent, et conducteur lorsque le réseau est hors tolérances. En cas de coupure du réseau, l'interrupteur statique 7 devient- conducteur et la batterie 4. se décharge à travers lui dans la ligne 3. Selon l'invention la ligne 3 recevant du courant, soit du réseau 1, soit de la batterie 4, est connectée à un hacheur-survolteur 8 lui-même relié à un onduleur statique 9 par sa ligne de sortie 10. La ligne de sortie 11 de l'onduleur 9 est reliée à la sortie 12 du dispositif, elle-même reliée à un appareillage ou une installation électrique à alimenter en tension alternative stabiliséeo Selon l'invention il est prévu un système de régulation 13 dont un exemple de réalisation est illustré à la figure 2. Le système de régulation est agencé pour agir sélectivement sur le hacheur 8 et sur l'onduleur 9 de façon à commander, d'une part l'amplitude de la tension de sortie délivrée par le hacheur-survolteur dans sa ligne de sortie 10 vers lVonduleur, et d'autre part la fréquence de la tension de sortie de l'onduleur 9 dans sa ligne de sortie 11.o La commande d'amplitude s'effectue à partir de la comparaison de la tension Vx prélevée dans la ligne ou bus de sortie 11 de l'onduleur à une tension de référence fixe Vo générée dans le système de régulation. Pour obtenir l'ordre de commande vers le hacheur-survolteur 8 on utilise un amplificateur 14 muni d'une contre-réaction de stabilisation 15 recevant un signal de tension d'erreur c au point 16 et correspondant à la différence obtenue dans un sommateur conventionnel, des signaux de tension Vx et Vo. L'ordre de commande en fréquence de l'onduleur 9 est délivré par un diviseur de fréquence 17 associé à un oscillateur à quartz 18. _4 _ Le hacheur-survolteur, pour une application monophasée, peut être constitué d'une self en série avec le redresseur 2 connecté au réseau, d'un interrupteur statique commandé permettant, pendant sa phase de conduction, l'accumulation de l'énergie dans la self, d'une diode et d'un condensateur dans lequel est transférée, lors de la phase de blocage de l'interrupteur, l'énergie emmagasinée dans la self. Dans la période de présence du réseau, la référence de courant du hacheursurvolteur est constituée d'une suite d'alternances redressées en phase avec le réseau. Dans ces conditions l'allure du courant fourni par le réseau est quasi-sinusoldale. Dès que le réseau disparait, la référence de courant du hacheursurvolteur est alors une constante qui dépend de la régulation d'amplitude et dans ces conditions le courant extrait de la batterie 4 est un courant continu quasiment pur. Ce type de hacheur-survolteur peut etre aisément construit pour des systèmes polyphasés. Par exemple, en triphasé on pourrait utiliser un pont complet triphasé à six interrupteurs avec des selfs dans l'entrée alternative. Le cas échéant, le dispositif selon l'invention peut être associé à un transformateur d'entrée et/ou de sortie de façon à assurer un isolement galvanique complet vis-à-vis du réseau et/ou de l'appareillage ou de l'installation à alimenter. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son esprit. _5 _ REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation électrique stabilisée, du type comprenant un onduleur statique alimenté en régime normal-par le réseau de distribution d'énergie électrique au travers d'un redresseur et, en cas de défaillance du réseau, par une batterie d'accumulateurs associée à un chargeur de batterie relié au réseau, caractérisé par le fait qu'il comprend en série, en amont de l'onduleur (9), un hacheur-survolteur (8), l'onduleur et le hacheur-survolteur étant commandés par un système de régulation (13) agissant séparément sur le hacheur-survolteur et l'onduleur pour, d'une part réguler, de façon à la maintenir sensiblement constante, l'amplitude de la tension alternative de sortie de l'onduleur, et d'autre part pour réguler de façon à la maintenir sensiblement constante la fréquence de la tension alternative de sortie de l'onduleuro 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la batterie d'accumulateurs (4) est reliée à la ligne (3), reliant l'entrée du hacheur-survolteur (8) au redresseur (2) recevant le courant du réseau, par un interrupteur statique contr6lé (7).