Brevet FR2595516A1 — publié le 19870911

ALIMENTATION DE#SECOURS INTERRUPTIBLE L'invention est relative à une alimentation de secours interruptible à'une charge electrique en courant alternatif, comprenant des bornes d'entree de connexion à un réseau d'alimentation normale en courant alternatif, - des bornes de sortie ae connexion à ladite charge, - un relais insert dans un circuit de liaison desdites bornes pour interrompre l'alimentation ae la charge par le réseau en position ouvert du relais et alimenter la charge en courant alternatif, fourni par le reseau, en position fermée, - une batterie, - ::n onduleur convertissant le courant continu de la batterie en un courant alternatif, - et un transformateur de puissance ayant un premier enroule::nent connecté auxdites bornes d'entrée et un troisieme enroulement relié la sortie de l'onduleur. Les ensembles électroniques, notamment de l'informatique, nécessitent une alimentation électrique alternative sans discontinuité et on utilise couramment des alimentations de secours constituées par une batterie et un onduleur. Les alimentations de secours ininterruptibles comportent généralement une batterie place en tampon dans le circuit d'alimentation de l'onduleur, de manière à se substituer instantanrnent à la source d'alimentation normale, notamment le réseau, en cas de défaillance de ce dernier. Le passage de l'alimentation alune source a l'autre s'effectue sans aucune discontinuité, mais ces alimentations présentent l'inconvénient d'un fonctionnement permanent de l'onduleur, même en l'apsence de défaillance du réseau. Ces alimentations sont compliquées et coüteuses. Les alimentations de secours interruptibles mettent l'onduleur en étant d'attente pendant les périodes de fonctionnement normales, l'alimentation de la charge étant réalisée directement par le réseau. En cas de defaillance du réseau, le basculement du réseau vers l'onduleur s'effectue automatiquement, ce dernier, alimente par la batterie, n'intervenant qu'en cas de besoin. En fin de panne, l'alimentation est reprise automatiquement par le réseau et la batterie est rechargée, soit par un chargeur indépendant, soit en utilisant le transformateur convertisseur de l'onduleur, pilote pour fonctionner en redresseur de charge de la batterie. L'adjonction d'un chargeur indépensant accroit le cout de fabrication de l'alimentation et la commutation du transformateur convertisseur de l'onduleur en chargeur nécessite un dispositif de commande de l'onduleur relativement compliqué et fragile. La pressente invention a pour but de permettre la réalisation d'une alimentation de secours interruptible de fabrication simplifiée. susceptible de fournir une tension pseudosinusoïdale régulée en onctionremrent de secours. L'alimentation selon l'invention est caractérisée en ce que le transformateur de puissance comporte un deuxième enroulement relié à un bloc chargeur ou de démagnétisation ayant un circuit inverseur pour relier sélectivement ledit deuxième enroulement à ladite batterie et à un circuit de démagnétisation. Le chargeur de la batterie fait usage de l'enroulement primaire du transformateur de puissance e l'onduleur et ce chargeur est agencé pour constituer un circuit de démagnétisation qui module le signal de sortie de l'onduleur pour obtenir une tension pseu@o-sinusoidale constituée d'impulsions carrées, séparées de périodes de valeur nulle. En fonctionnement normal, la charge est alimentée par le réseau et les transistors ou thyristors ae l'onduleur sont maintenus non conducteurs, la batterie étant chargée a tension et à courant constant par le chargeur.La tension du réseau est surveillée en permanence et lors d'une baisse due cette tension, par exemple à une valeur inférieure ou égale à 200 volts efficaces ou lors d'une micro-coupure d'une durée supérieure ou égale à 5 millisecondes, la défaillance du réseau est détectée pour commander l'ouverture d'un relais. déconnectant la charge du réseau. Simultanément à l'ouverture du relais, les coinnutateurs de l'onduleur sont pilotés pour convertir le courant continu de la batterie en un courant alternatif d'alimentation de la charge. L'enroulement du transformateur de puissance de l'onduleur, qui alimente le chargeur est connecté à un circuit de démagnétisation ?our obtenir une tension pseuuo-sinusoidale en sortie. Un circuit de mise en phase synchronise les commandes de l'onduleur avec le réseau, de manière à assurer une transition optimale, lors du basculeent sur l'onduleur en cas de défaillance du réseau. L'alimentation comporte de plus un dispositif de surveillance de la tension de la batterie pour éviter un basculement sur l'alimentation de secours par la batterie en cas de charge insuffisante de cette dernière. A partir de l'information issue e la surveillance de la tension de sortie de l'alimentation. on recule cette tension en agissant sur la largeur de 1' impulsion de commande des transistors ou commutateurs de l'onduleur. La mesure du courant de décharge de la batterie, à partir d'une résistance, permet une protection de l'onduleur contre les surcilarges et les court-circuits en sortie. Le transformateur de puissance de l'onduleur comporte un enroulement secondaire additionnel d'auto-alimentation des transistors de puissance ae l'onduleur pour preparer la puissance pour les comirandes de ces transistors lors du basculement de l'alimentation du réseau vers l'onduleur. Un dispositif de signalisation optique et/ou phonique signale le mode de fontionnement de l'alimentation, notamment de secours, ainsi que d'autres monades telles qu'une baisse ae la tension de la batterie au dessous d'un seuil prédéterminé ou un fonctionnement en surcharge lors d'une alimentation normale. L'alimentation selon l'invention comporte, bien entendu, un filtro et un syst@me de protection es surcharges en fonctionnement normal d'alimentation par le reseau. L ' alimentation ininterruptiDle de secours selon l'invention est particulièrement appropriée à des alimentations d'une' puissance de quelques centaines de volts ampères, mais elle est applicable à d'autres puissances. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention. donn à titre d'exemples non limitatifs et représenté au dessin annex @ dans lequel la figure unique représente un schéma synoptique de l'alimentation selon l'invention. Sur la rivure, ie dispositif d'alimentation ae secours présente des bornes d'entré 10 de raccordement au réseau Ve de distribution de courant alternatif et des bornes de sortie 12 d'alimentation en courant alternatif Vs d'une charge (non représentée) notamment un système informatique ou électronique nécessitant une alimentation permanente de courant. Dans le circuit 14 de liaison des bornes de sortie 12 aux bornes d'entrée 10, sont disposés en série un relais K, un fusible 18, un interru?teur de marche et c ' arrët S1 et un bloc i 10 de filtrage et de protection.Au circuit 1-= est raccordé un premier enroulement iTl d'un transformateur de puissance T2, dont le circuit magnétique 20 porte trois autres enroulements N2, N3 et N4. Le deuxième enroulement N2 est connecté à un bloc chargeur ou de démagnétisation 22, le troisième enroulement N3 à prise médiane 24 appartient à un onduleur désigné par le reparue général 20 et le quatrième enroulement N4 est connnecté à un bloc d'autoalimentation 2o. Lors d'un fonctionnement normal d 'alimentation da e la charge par le réseau Ve, le premier enroulement ;::1 constitue un enroulement primaire d'alimentation des enroulements secondaires N2 et N4, le troisième enroulement N3 étant nors circuit. de la manière décrite ci-dessous. En fonctionnement de secours. en cas d'absence du rseau Ve, le troisième enroulement N3 constitue l'enroulement primaire du transformateur T2 qui alimente par l'enroulement secondaire II1 le circuit 14 et la charge raccordée aux bornes ae sorties 12. L'onduleur 26 d'un schéma conventionnel comporte deux transistors 29, 30, dont les collecteurs sont relies aux extrémités du troisième enroulement N3, la prise médiane 24 de cet enroulement 23 étant connectée à la borne positive d'une batterie 32. Les émetteurs des transistors 29, 30, sont relies à la borne nagative de la batterie 32, par l'intermédiaire d'une résistance de mesure RS. Les bases des transistors 29, 30, sont reliées à un bloc 34 de régulation, de commande et de protection de l'onduleur 26. Dans le circuit de sortie de la batterie 32 est intercale un interrupteur marche/arrêt S1 qui peut être mécaniquement relié a l'interrupteur S1 du circuit 14.En position ouvert des interrupteurs S1, les bornes de sortie 12 sont isoles cu réseau Ve et de la batterie 32. Les enroulements i, ':2, alimentent le bloc chargeur 22 pour charger la batterie 32 et l'onduleur 26 est à l'arrêt de la manière décrite cidessous. n fonctionne-ent normal d'alimentation par le réseau Ve, les commandes appliquées aux transistors 29, 30, par le bloc 34 raintiennent ces transistors a l'état de. non conduction, évitant une alimentation des enroulements N3 par la batterie 32. Le bloc chargeur ou de démagnétisation 22, rellié au deuxième enroulement 1.2 conporte un pont redresseur 36 et un inverseur 38 avantageusement électronique, permettant de connecte sélectivement la sortie du pont 36, soit aux bornes de la batterie 32, soit â.une résistance de démagnétisation 40. En fonctionnement normal d'alimentation par le réseau Ve, le bloc 22 fonctionne en chargeur de la batterie 32, l'inverseur 33 connectant la batterie 32 aux bornes du pont redresseur 36. En fonctionnement de secours, l'inverseur 33 bascule pour déconnecter la batterie 32 de la sortie du pont redresseur 36, laquelle est reliée à la résistance de démagnétisation 40. Le bloc 28 d'auto-alimentation est relié au bloc 34 de régulation de l'onduleur de sortie 26. Un transformateur de mesure de tension T1 est connecté au circuit 14 en amont du relais K pour surveiller la tension Ve du réseau, même lorsque le relais K est ouvert. Le signal de sortie Ve du transformateur T1 est représentatif de la tension du réseau Ve et ce signal est applique à un bloc 42 de surveillance de la tension du réseau. Le bloc 42 transnet ce signal Ve à un bloc 44 de mise en phase du reseau et de l'onduleur 26, dont la sortie est reliée au bloc de régulation 34. Le bloc 42 de surveillance de la tension du réseau envoie également un signal à un bloc 46 de traitement des informations.Le bloc ce surveillance 42 présente deux niveau: de détection, un premier niveau de détection d'une tension du réseau Ve, inférieure à un seuil déterminé, notamment inférieur ou égal à 200 volts efficaces. Un deuxième niveau de détection correspond à des micro-coupures d'une durée supérieure ou égale t 5 millisecondes. Le franchissement de l'un quelconque de cas niveau est signalé au bloc de traitement 46 qui provoqua la basculement de l'alimentation à partir du réseau Ve sur l'alimentation de secours par la batterie 32 et 1 'onduleur 20.Ce basculement est réalisé par des ordres, transmis par un circuit cie commande 43. d'ouverture du relais (, d'invarsion de l'inverseur 38 et de commande des transistors 29, 30, pour un fonctionnement de l'onduleur 26. Le bloc 4 de mise en phase synchronise les commandes de 1 'onduleur 26 avec le réseau Ve pour alimenter la charge avec un courant alternatif de secours de meme fréquence et en phase avec le réseau pour la transition. Le courant d'alimentation de la charge parcourant le circuit 14 est mesure par un transformateur de courant T3 dont la sortie est reliée à un bloc 50 de mesure de surcharge, qui envoie un signal au bloc 46 de traitement des informations lors d'un dépassement d'un seuil prédéterminé, correspondant à la charge maximale acceptable par l'onduleur 26. Aux bornes de sortie 12 est relié un transformateur de mesure ae tension de sortie T4 qui fournit un signal VS représentatif de la tension de sortie VS à un bloc 52 de surveillance de la tension de sortie. ~n position ouvert Le l'interrupteur S1 et a'absence d'un signal Vs, le bloc 52 pilote le bloc de régulation 34 pour le maintien hors circuit de l'onduleur 26. Lorsque l'interrupteur S1 est fermé, l'appareil est mis en marche et le bloc 52 detecte et signale toute variation de la tension de sortie supérieure à une valeur prédéterminée, par exemple de plus ou moins 5 %. L'alimentation selon l'invention comporte de plus un bloc 54 de surveillance de la tension de la batterie 32 qui envoie un signal au bloc 46 de traitement des informations, lorsque la tension de la batterie 32 est inférieure à un seuil -prédéterminé, correspondant à la tension minimale de bon fonctionnement de l'onduleur 26. Le bloc 46 envoie les informations à un-bloc de signalisation 56 qui signale par voie optique ou sonore le mode de fonctionnement de l'alimentation, ainsi que les divers incidents. l'alimentation selon l'invention fonctionne de la manière suivante - en fonctionnement normal, la charge est alimentée par le réseau Va, par l'intermédiaire du filtre 10 et des protections usuelles des surtensions et surcharges, notamment au fusible 18. La batterie 32 est maintenue en charge par le bloc chargeur 22 alimenté par l'enroulement I;2 du transformateur T2. L'onduleur 26 ne fonctionne pas, les transistors 29, 30, ne recevant aucune commande ae conduction. La tension du réseau est surveillée par le bloc 42, ainsi que la tension de sortie par le bloc 52 et le courant d'alimentation par le bloc 50.Lorsque la tension Ve du réseau présente un défaut de niveau, par exemple lorsqu'elle revient inférieure à 200 volts efficaces, ou lorsque cette tension présente des micro-coupures, notamment d'une durée supérieure ou égala à 5 millisacondes, le bloc de surveillance t2 engendre un ordre de basculement de l'alimentation du reseau vers l'onduleur 26. Le bloc 46 de traitement des informations reçoit cet ordre ce basculement et le transmet, si le bloc de surveillance 54 confirme une charge suffisante ae la batterie 32. Si la batterie 32 est insuffisamment chargée, cet orare ae basculement n'est pas transmis.L'ordre de basculement provoque d'une part l'ouverture du relais K, le basculement de l'inverseur 38 et la commanda des transistors 29, 30, par le bloc de régulation 34 pour un fonctionnement de l'onduleur 26. Les transistors 23, 30, sont commandés par le bloc de régulation 34 en dépendance du bloc 44 de mise en phase pour générer une tension de sortie pseudo-sinusoïdale en gradins, chaque alternance comprenant une période ae tension nulle, séparant les alternances de polarité opposées. Cette forma pseudosinusoïdale de la tension de sortie VS est obtenue du fait de la démagnétisation du transformateur de puissance T2 par le deuxième enroulement N2 qui débite sur la résistance de démagnetisation 40. Le bloc 28 d'auto-alimentation fournit la. puissance nécessaire aux transistors 23, 30, au moment au sasculement du reseau vers l'onduleur. Le fonctionnement de l'onduleur 26, qui alimenta la charge en un courant alternatif pseudo-sinusoïdal, est signalé par le bloc de signalisation 56, notamment par le passage au rouge d'une diode luminescente et/c, un signal sonore d'une fréquence prédéterminée, par exemple d'un coup toutes les 3 secondes. L'autonomie de fonctionnement en alimentation de secours est limitée par la capacité de la batterie 32 et le bloc 54 de surveillance de la tension de la batterie émet un signal d'avertissement, par exemple sonore d'un coup par seconde, lorsque la tension de la batterie atteint un seuil ne permettant plus qu'un fonctionnement de quelcues minutes.Lorsque ce seuil de tension de la batterie 32 est franchi, le bloc de surveillance 54 émet un ordre d'arrêt de l'onduleur 26 et de basculement de l'alimentation sur le réseau Ve. En fonctionnement de secours sur l'onduleur 2O, le bloc de régulation 34 recule la tension de sortie VS a partir de l'information transmise par le bloc 52 de surveillance de la tension de sortie1 en agissant sur la largeur de l'impulsion de cor.u..ande. La mesure du courant débité par la batterie 32, à partir de la résistance RS permet une protection de 1' onduleur 2G contre les surcharges et les court-circuits en sortie.Ces moyens de commande de protection et de régulation de l'onduleur 26 sont bien connus des spécialistes et il est inutile de les décrire plus en détails. Lorsque la tension Ve du réseau réapparait ou redevient normale, le bloc 42 de surveillance provoque le basculement de l'alimentation de l'onduleur vers le réseau par des opérations inverses, en l'occurrence la fermeture du relais K, le basculement de l'inverseur 38 et la mise à l'arrêt de l'onduleur 26. L'alimentation par le réseau est signalée par la diode luminescente devenant verte. En cas de surcharye détectée par le transformateur de mesure de courant T3, le bloc de mesure 50 provoque un signal sonore, par exemple continu prévenant l'utilisateur d'une surcharge qui ne serait pas acceptée par l'onduleur 26. L'invention est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulirement décrit, mais elle s'étend à toute variante restant dans le cadre des équivalences, notamment d'un onduleur 20 d'un type différent ou utilisant des thyristors ou encore celle dans laquelle certains des cléments de contrôle et de surveillance seraient omis dans un but de simplification. REVENDICATIONS 1. Alimentation de secours interruptible d'une charge électrique en courant alternatif comprenant - des bornes d'entrée (10) de connexion à un réseau d'alimentation normale en courant alternatif, - des bornes de sortie (12) de connexion à ladite charge, - un relais K insérez dans un circuit (14) de liaison desdites bornes (10, 12) pour interrompre l'alimentation de la charge par le réseau Ve en position ouvert du relais et alimenter la charge en courant alternatif, fourni par le réseau, en position fermée, - une batterie (32), - un onduleur (26) convertissant le courant continu de la batterie (32) en un courant alternatif, - et un transformateur de puissance T2 ayant un premier enroulement Ni connect @ auxdites bornes d'entrée (10) et un troisième enroulement 13 relié à la sortie de l'onduleur (26), caractérisée en ce que le transformateur de puissance T2 colporte un deuxième enroulement N2 relié 3 un bloc (22) chargeur ou de démagnétisation ayant un circuit inverseur (38) pour relier ledit deuxième enroulement N2 sélectivamant à ladite batterie (32) et à un circuit de démagnétisation (40). 2. Alimentation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un bloc (34) de régulation et de commande pour ouvrir ledit relais K et mettre en fonctionnement l'onduleur et pour commuter ledit circuit inverseur (38) sur le circuit de démagnétisation (4u) lorsque le réseau présente un défaut. 3. Alimentation selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit bloc (22) chargeur ou de démagnétisation comporte un pont redresseur (36) relié audit deuxième enroulement N2 et une résistance(40) de démagnétisation connectée à la sortie du pont redresseur (36) par le circuit inverseur (38) pendant la période de fonctionnement de l'onduleur (26). 4. Alimentation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que l'onduleur (26) alimenté par ladite batterie (32) est piloté par le bloc (34) de régulation et de commande pour générer des signaux pseudo-sinusoiciaux. 5. Alimentation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit transformateur de puissance T2 comporte un quatrième enroulement N4 d'auto-alimentation des transistors (29, 30) de puissance de l'onduleur (26). 6. Alimentation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un transformateur de mesure TI de la tension appliquée auxdites bornes d'entrée (10) par le réseau Ve, ledit transformateur de mesure T1 étant connect en a.nont audit relais K, pour surveiller la tension, même en position ouvert du relais x, un bloc de surveillance (42) recevant le signal de tension Ve délivré par ledit transformateur de mesura T1 et émettant un signal de commande de basculement de l'alimentation par le réseau vers l'onduleur lorsque ledit signal ae tension est inférieur à un seuil prédétermine et/ou présente des micro-coupures d'une durée supérieure à un seuil donné. 7. Alimentation selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit transformateur de mesure T1 a la tension fournit un signal à un bloc (44) de mise an phase du réseau et de l'onduleur. 8. Alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracterisée en ce qu'elle comporte un bloc (54) de surveillance de la batterie (32) relié à un bloc (46) de traitement es informations recevant de plus le signal Ve de tension du réseau, ledit bloc de traitenent (46) pilotant le basculament réseau, onduleur, si la tension de la batterie est supérieure à un seuil minimal et si la tension de réseau présente un défaut. 9. Alimentation selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un transformateur de courant T3 délivrant un signal de mesure du courant d'alimentation de ladite charge, ledit signal de mesure du courant étant appliqué audit bloc (46) de traitement des informations et un bloc de signalisation (56) piloté par le bloc de traitement (46) pour afficher ou signaler l'état ae fonctionnement de l'alimentation. 10. Alimentation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une résistance de mesure RS du courant délivre. par la batterie (32) pour arreter le fonctionnement de l'onduleur (26) en cas de surcharge.