Brevet FR2585197A1 — publié le 19870123

La présente invention concerne un circuit pour assurer une alimentation continue en tension d'alimentation d'appareils consommateurs, qui comporte un premier redresseur un onduleur, un circuit à porte, un régulateur de charge et un accumulateur. Dans l'industrie et dans le domaine médical, il est fréquemment nécessaire d'assurer une alimentation ininterrompue en courant d'appareils importants consommant du courant alternatif. De tels appareils consommateurs sont par exemple les appareils placés dans des salles d'opération d'hôpitaux, des calculateurs, des centraux téléphoniques, des stations de transmission d'informations, des dispositifs de sécurité pour chemin de fer, etc. Llalimentation continue en énergie est assurée à l'aide de groupes à machines tournantes ( moteur à explo sion et génératrice ) ou bien à l'aide de convertisseurs de courant statiques et d'accumulateurs. La structure des groupes assurant une alimentation continue en énergie au moyen de machines tournantes est simple,- mais cependant leurs caractéristiques dynamiques de régulation ne sont pas appropriées et ces groupes comportent des composants soumis à une usure rapide pendant leur utilisation et nécessitant des opérations fréquentes d'entretien ; en outre pendant leur utilisation sont engendrés des produits de combustion polluant l'environnement et des bruits perturbateurs.En conséquence, les systèmes d'alimentation en énergie agencés de cette manière présentent dans la plupart des cas de grandes dimensions et sont installés dans des volumes séparés des appareils consommateurs, ce qui pose dans certains cas d'autres problèmes supplémentaires. I1 est évident que ces sources d'énergie, par suite-des inconvénients mentionnés ci-dessus, sont de plus en plus remplacés en pratique par les systèmes d'alimentation en courant comportant des convertisseurs statiques de courant. Les avantages des systèmes d'alimentation continue en courant comportant des convertisseurs statiques de courant et un accumulateur sont bien connus. Ces systèmes ne contiennent aucun composant mobile, les caracteristiques dynamiques de régulation sont extrêmement avantageuses, il ne se forme en cours de marche aucun produit de combustion et les bruits acoustiques engendrés dans une faible mesure peuvent être réduits, en utilisant une technologie de montage appropriée, jusqu'à des niveaux admissibles. Les frais d'entretien concernant les accumulateurs, qui sont obligatoirement nécessaires dans des systèmes à convertisseurs statiques de courant, sont faibles et négligeables lorsqu'on utilise des accumulateurs scellés, c'est-à-dire qu'on peut réaliser un système servant à assurer une alimentation continue en courant qui présente une grande fiabilité et des caractéristiques intéressantes. Un système de ce genre pour assurer une alimentation continue en courant est décrit par exemple dans le livre spécia1iéSa'ndor Marti "Erosaramu elektronika ". L'invention est basée sur l'idée que la charge de l'accumulateur doit être effectuée indépendamment du redresseur alimentant l'onduleur car ainsi on peut entre assuré d'une part d'une caractéristique ideale de charge pour l'accumulateur et J'autre part d'une alimentation de l'onduleur à la façon -un générateur de tension. L'objet de l'invention consiste ainsi à créer un dispositif pour rassurer une alimentation continue en tension, qui présente une structure simple, qui comporte des composants connus et qui puisse être chargé à l'aide de l'accumulateur indépendamment de la tension d'entrée de l'onduleur et en correspondance à sa propre caractéristique de charge, ou bien l'onduleur peut être alimenté à la façon d'un générateur de tension indépendamment du processus de charge de l'accumulateur. L'invention concerne ainsi un circuit pour un dispositif assurant une alimentation continue en tension d'appareils de consommation, ce circuit comportant un premier redresseur, un onduleur, un circuit à porte, un régulateur de charge et un accumulateur. Conformément à l'invention, le circuit à porte et le régulateur de charge sont branchés en parallèle, un de leurs points de jonction étant relié au point de jonction du premier redresseur avec l'onduleur tandis que l'autre point de jonction est relié à l'accumulateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente une forme de réalisation d'un dispositif pourvu d'un régulateur de charge et servant à assurer une alimentation continue en tension d'appareils consommateurs, la figure 2 représente une réalisation du dispositif servant à assurer une alimentation continue en tension d'appareils consommateurs, avec une faible tension d'accumulateur, la figure 3 représente une autre réalisation du dispositif servant à assurer une alimentation continue en tension d'appareils consommateurs, avec une faible tension d'accumulateur, et la figure 4 représente une forme de réalisation du dispositif qui est pourvu d'un redresseur à régulateur de charge et qui sert à assurer une alimentation continue en tension d'appareils consommateurs. Sur la figure 1 est représenté un exemple de réalisation d'un dispositif 1, pourvu d'un régulateur de charge 5 et servant à assurer une alimentation continue en tension d'appareils consommateurs. ( Un tel régulateur de charge est décrit par exemple dans la revue EDN, 31 Octobre 1985, pages 163-178 ). Une borne d'entrée A du dispositif 1 servant à assurer une alimentation continue en tension d'appareils consommateurs est reliée à l'entrée d'un premier redresseur 2 dont la sortie est reliée à l'entrée d'un onduleur 3, à la sortie d'un circuit à porte 4 et à l'entrée du régulateur de charge 5. La sortie de l'onduleur 3 est reliée à la bcrne de sortie B du dispositif 1 servant à assurer une alimentation continue en tension d'appareils consommateurs. La sortie du régulateur de charge 5 est reliée d'une part à l'entrée du circuit à porte 4 et d'autre part à l'accumulateur 6.La borne d'entrée A du dispositif 1 servant à assurer une alimentation continue en tension d'appareils consommateurs est reliée au réseau d'alimentation tandis que la borne de sortie B est reliée aux appareils consommateurs . Pour comprendre le fonctionnement du circuit conforme à l'invention, on va supposer que l'accumulateur 6 se trouve dans une condition complètement chargée et que le réseau d'alimentation est relié au circuit. Il passe alors dans l'accumulateur seulement un courant d'entretien qui est fourni par le premier redresseur 2 par l'intermédiaire du régulateur de charge 5. Le courant d'entrée à l'onduleur 3 est éqalement fourni par le premier redresseur 2.Dans la plupart des cas, il est suffisant de donner au premier redresseur 2 une structure non commandée à à l'aide de diodes ), car la stabilisation de la tension alternative de sortie ( la tension appaaissant à la borne de sortie B ) est assurée par le circuit de régulation de l'onduleur 3, tandis que le mode de charge de l'accumulateur 6 est établi par le régulateur de charge 5. En cas de panne du réseau d'alimentation, la tension d'entrée ou le courant de l'onduleur 3 sont fournis par l'accumulateur 6 par l'inter- médiaire du circuit à porte 4 de sorte que les appareils de consommation peuvent être alimentés indépendamment du réseau jusqu'à la décharge de l'accumulateur 6. En correspondance, l'alimentation continue en tension des appareils consomma teurs est effectuée par la borne de sortie B du dispositif 1. Après le rétablissement de l'alimentation par le réseau, le premier redresseur 2 fournit d'une part le courant d'entrée à l'onduleur 3 et d'autre part, par l'intermédiaire du régulateur de charge 5, le courant de charge de l'accumu- lateur 6. Du fait que le premier redresseur alimente directement l'onduleur 3, le processus de charge de l'accumulateur 6 est déterminé par le régulateur de charge 5. Une caractéristique de l'invention concerne l'utilisation du circuit à porte 4 et du régulateur de charge 5 qui sont branchés mutuellement en parallèle, car ainsi on peut être assuré que la charge de l'accumulateur 6 soit effectuée par l'intermédiaire du régulateur de charge 3 avec une caractéristique très avantageuse alors que par contre le courant de décharge, qui constitue le courant d'entrée de l'onduleur 3, s'écoule par l'intermédiaire du circuit à porte 4 avec-de faibles pertes. Dans des dispositifs de petite puissance, il est avantageux d'utiliser les accumulateurssceflés , disponibles dans le commerce ( par exemple l'accumulateur au nickelcadmium modèle Goliath IEC R 20, etc. ). Du fait que, pour de petitespuissances on ne peut pas obtenir une qrande tension d'accumulateur ( qui comporte un petit nombre d'éléments ), il est avantageux de compléter l'agencement de circuit de la figure 1 conformément à ce qui a été représenté sur la figure 2. Sur la figure 2 est représentée une réalisation du dispositif d'alimentation continue d'appareils consommateurs avec une faible tension d'accumulateur. Dans cet exemple de réalisation, la borne d'entrée A du dispositif 1 servant à assurer l'alimentation continue en tension est reliée d'une part à l'entrée du premier redresseur et d'autre part à l'entrée d'un second redresseur 7.La sortie du second redresseur 7 est reliée d'une part à l'entrée d'un convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel 8 et d'autre part à la sortie du circuit à porte 7 et à l'entrée du régulateur de ckarge 5. ( Le convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel peut être formé de convertisseurs unidirectionnels qui sont fabriqués par un grand nombre de Sociétés).La sortie du régulateur de charge 5 est reliée d'une part à l'entrée du circuit à porte 4 et d'autre part à l'accumula teur 6. La sortie du premier redresseur 2 est reliée d'une part i la sortie du convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel 8 et d'autre part à l'entrée de l'onduleur 3.Ainsi la tension optimale d'entrée à l'onduleur 3 est obtenue à partir du réseau, et en correspondance aux conditions existantes de tension, par le premier redresseur 2, et à partir de l'accumulateur 6 par le convertisseur uddirectionnel ou bidirectionnel 8. La sortie de l'onduleur 3 est reliée à la borne de sortie B du dispositif 1 d'alimentation continue en tension. Le premier redresseur 2 fournit ainsi en correspondance d'une part la tension d'entrée et le courant de l'onduleur 3 et il alimente d'autre part1 lorsque le convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel 8 est rendu bidirectionnel, également le convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel 8 en fonction des conditions existantes de tension.En correspondance aux conditions de tension, l'accumulateur 6 est ainsi alimenté par l'intermédiaire du régulateur de charge 5 soit par le second redresseur 7, soit par le convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel. En cas de panne du réseau, l'accumulateur 6 alimente l'onduleur 3 en courant par l'intermédiaire du circuit à porte 4 et du convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel 8. En cas de défaillance du premier redresseur 2, l'onduleur 3 est alimenté par le plus grand redresseur 7 par l'intermédiaire du convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel 8, ou bien par l'accumulateur 6 de la même manière que dans le cas d'une panne du réseau. En cas de défaillance du second redresseur 7, l'accumulateur 6 est chargé par l'intermédiaire du régulateur de charge 5 par le convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel 8, qui modifie son sens de conversion et qui est alimenté par le premier redresseur 2. Lorsque le convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel 8 convient seulement pour effectuer une conversion unidirectionnelle d'énergie, il ne peut produire la tension d'alimentation de l'onduleur 3 qu'à partir de la tension de l'accumulateur 6 qui est transmise par le circuit à porte mais cependant, en cas de défaillance du second redresseur 7, il ne peut pas être utilisé pour charger l'accumulateur 6. Une autre caractéristique de l'invention consiste ainsi dans l'utilisation du convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel 8, qui augmente la sécurité de fonctionnement du système en étant utilisé comme une unité redondante. Cependant lorsqu'une telle unité redondante n'est pas nécessaire, on peut adopter la solution représentée sur la figure 3. Sur la figure 3 est représentée une autre réalisation du dispositif servant à fournir de façon continue une tension d'alimentation avec une faible tension d'accumulateur. Dans cette réalisation, le convertisseur uni directionnel ou bidirectionnel 8 est agencé sous la forme d'un convertisseur bidirectionnel. Cela est nécessaire pour la raison que, lors du bon fonctionneent du réseau, le convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel 8 fournit, à partir de la tension apparaissant à la sortie du premier redresseur 2, le courant de charge pour l'accumulateur 6 par l'intermdiaire du régulateur de charge 5 et d'autre part, en cas de panne du réseau, il produit, à partir de la tension d'accumulateur appliquée à son entrée par l'intermédiaire du circuit à porte 4, et après modification du sens de conversion, une tension d'entrée optimale pour l'onduleur 3. I1 cxiste en outre la possibilité, indépendamment du régulateur de tension 5, d'obtenir une caractéristique idéale de charie de l'accumulateur. A cet égard un exemple est indiqué sur la figure 4. Sur la figure 4 est représentée une forme de réalisation du dispositif servant à fournir de façon continue une tension d'ilirnentation avec une faible tension d'accumulateur, cette 're de réalisation faisant intervenir un redresseur avec régulateur de charge. ( Le redresseur avec régulateur de cnar7e peut être agencé par exemple conformément au sujet de conférence CH 2073-5/84/0000-0072, 1984 IEEE INTELEC ). Dans cette forme de réalisation, le redres seur à régulateur de charge 9 établit le processus idéal de charge pour l'accumulateur 6.En cas de panne du réseau, l'onduleur 3 est alimenté par l'accumulateur 6 par l'intermédiaire du convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel 8, d'une manière analogue à ce qui a été décrit ci-dessus. La description montre que l'invention permet d'atteindre l'objectif envisagé, à savoir de fournir de façon continue une tension d'alimentation aux appareils consommateurs Le dispositif est d'une structure simple et il comporte des composants connus, l'onduleur est à tout moment indépendant du processus de charge de l'accumulateur et il peut être alimenté à la façon d'un générateur de tension, ou bien il peut être chargé en accord avec le processus de charge caractéristique pour l'accumulateur. La réalisation concrète des différents composants est connue en soi et a été décrite dans de nombreux documents de la littérature technique ( cf. par exemple le catalogue de la Société anglaise LAMBDA, 1985 ). REVENDICATIONS 1. Circuit pour un dispositif servant à assurer une alimentation continue en tension d'alimentation d'appareils consommateurs, qui comporte un premier redresseur, un onduleur, un circuit à porte, un régulateur de charge et un accumulateur, caractérisé en ce que la borne d'entrée (A) du dispositif (1) servant à fournir de façon continue une tension d'alimentation est reliée à l'entrée d'un premier redresseur (2), la sortie du premier redresseur (2) est reliée d'une part à l'entrée de l'onduleur (3) et d'autre part à l'entrée du régulateur de charge (S) ainsi qu'à la sortie d'un circuit à porte (4), tandis que la sortie du régulateur de charge (5) est reliée à l'entrée du circuit à porte (4) et à l'accumulateur (6), et en outre la sortie de l'onduleur (3) est reliée à la borne de sortie (B) du dispositif (1) de production continue de tension d'alimentation. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu entre la sortie du premier redresseur (2) et l'entrée du régulateur de charge (5), ou bien la sortie du circuit à porte (4), un-convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel (8). 3. Circuit sélon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu entre l'entrée du premier redresseur (2) et l'entrée du régulateur de charge (5), ou à la sortie du circuit à porte (4), un second redresseur (7). 4. Circuit pour un dispositif de production continue d'une tension d'alimentation d'appareils consommateurs, caractérisé en ce que la borne d'entrée (A) du dispositif (1) de production continue de tension d'alimentation est reliée à l'entrée d'un premier redresseur (2) et à l'entrée d'un redresseur à régulateur de charge (9) tandis que la sortie du premier redresseur (2) est reliée à l'entrée d'un onduleur (3), en ce qu'en outre la sortie du redresseur à régulateur de charge (9) est reliée à l'accumulateur (6) et à l'entrée d'un convertisseur unidirectionnel ou bidirectionnel (8), dont la sortie est reliée à l'entrée de l'onduleur (3), tandis que la sortie de l'onduleur (3) est reliée à la borne de sortie (B) du dispositif (1) de production continue de tension d'alimentation