Brevet FR2608858A1 — publié le 19880624

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour la connexion d'une batterie de stockage d'énergie à un convertisseur d'ascenseur, la bat- terie étant connectée dans ce procédé au circuit en cou- rant continu de l'étage de puissance du convertisseur d'ascenseur. En ce qui concerne le moteur de levage, la technologie des ascenseurs tend de plus en plus à utili- ser des convertisseurs de fréquence commandés par tran- sistors.et des moteurs en courant alternatif. Dans cette situation, l'emploi d'une batterie d'accumulateurs comme source d'énergie auxiliaire et comme fourniture d'éner- gie pour régulariser les courants de démarrage est devenu un point important. Les conceDteurs rencontrent des dif- ficultés, car un grand norirbre de batteries sont nécessaires. L'endroit évident d'insertion de la batterie de stockage d'énergie supplémentaire est le circuit de tension inter- médiaire du convertisseur, c'est-à-dire le circuit en courant continu alimentant les transistors. Toutefois, comme la tension intermédiaire est relativement élevée, il faut un grand nombre d'éléments d'accumulateur. Par exemple, plusieurs batteries d'automobile sont nécessai- res dans un système d'alimentation auxiliaire de ce type, ces batteries d'automobile représentant un type de batte- rie qui est avantageux pour d'autres raisons. Un autre inconvénient résulte de la grande variation de la tension de batterie en fonction des conditions de charge. Cela nuit au fonctionnement correct du circuit convertisseur à transistors. La présente invention a pour objet d'éviter les inconvénients ci-dessus. Le procédé suivant l'invention pour la connexion d'une batterie de stockage à un conver- tisseur d'ascenseur est caractérisé en ce que la tension du circuit de courant continu est supérieure à la tension de batterie, en ce que l'énergie circule bidirectionnel- lement de la batterie vers le circuit de courant continu et vice versa, en ce que, lorsque l'énergie circule de la batterie vers le circuit de courant continu, la tension de batterie est accordée à la tension du circuit de cou- rant continu au moyen d'un commutateur à semi-conducteur qui est utilisé pour charger un stockage d'énergie et d'une diode par laquelle l'énergie contenue dans ce stockage d'énergie est déchargée dans le circuit de courant continu, et en ce que, lorsque l'énergie circu- le du circuit de courant continu vers la batterie, la tension du circuit de courant continu est accordée à la tension de batterie au moyen d'un deuxième commuta- teur à semi-conducteur par lequel un stockage d'énergie est chargé et d'une deuxième diode par laquelle l'énergie contenue dans le stockage d'énergie est déchargée dans la batterie. Grâce à l'invention, on peut accorder toute ten- sion de batterie avec une tension intermédiaire de conver- tisseur plus élevée. En outre, les variations de tension de la batterie de stockage ne sont pas transmises et n'influencent pas la tension intermédiaire. Le procédé suivant l'invention permet également une circulation d'é- nergie bidirectionnelle. Un mode avantageux de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'on utilise une inductance comme stockage d'énergie. Un mode avantageux de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est également caractérisé en ce que, pendant la période o l'énergie circule de la batterie vers le circuit de courant continu, le commutateur à semi- conducteur est commandé de manière à êtreconducteur lors- que la tension dans le circuit de courant continu est in- férieure à la valeur de référence. Un mode avantageux de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est en outre caractérisé en ce que, pendant la période o l'énergie circule du circuit de courant continu vers la batterie, le deuxième commutateur à semi-conducteur est commandé de manière à être conduc- teur lorsque la tension dans le circuit de courant con- tinu est supérieure à la valeur de référence. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, comprenant une batterie d'accumulateur pour connexion au circuit de courant continu de l'étage de puissance du convertisseur, est caractérisé en ce que la tension de la batterie est inférieure à la tension dans le circuit de courant continu, et en ce que le dis- positif comprend un élément de stockage d'énergie, un premier commutateur à semi-conducteur par lequel l'élé- ment de stockage d'énergie peut être chargé et une diode par laquelle l'énergie contenue dans l'élément de sto- ckage d'énergie peut être déchargée dans le circuit de courant continu de manière à accorder la tension de bat- terie à la tension du circuit de courant continu dans les périodes o l'énergie circule de la batterie vers le circuit de courant continu, et un deuxième commutateur à semi-conducteur par lequel l'élément de stockage d'é- nergie peut être chargé et une deuxième diode par laquelle l'énergie contenue dans l'élément de stockage d'énergie peut être déchargée dans la batterie pour accorder la ten- sion du circuit de courant continu à la tension de batte- rie dans les périodes o l'énergie circule du circuit de courant continu à la batterie. Un mode avantageux de réalisation du dispositif conforme à l'invention est caractérisé en ce que l'élément de stockage d'énergie est une inductance. Un mode avantageux de réalisation du dispositif conforme à l'invention est également caractérisé en ce que le dispositif comprend une unité de commande fournis- sant des signaux de commande par lesquels, pendant la période o l'énergie circule de la batterie vers le cir- cuit de courant continu, le commutateur semi-conducteur peut être commandé de manière à être conducteur lorsque la tension dans le circuit de courant continu est infé- rieure à la valeur de référence. Un mode avantageux de réalisation du disposi- tif conforme à l'invention est en outre caractérisé en ce que le dispositif comprend une deuxième unité de com- mande fournissant des signaux de commande par lesquels, pendant la période o l'énergie circule du circuit de cou- rant continu vers la batterie, le deuxième commutateur à semi-conducteur peut être commandé de manière à être conducteur lorsque la tension dans le circuit de courant continu est supérieure à la valeur de référence. Outre les dispositions qui précèdent, l'inven- tion comprend encore d'autres dispositions qui ressorti- ront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description ci- après, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 illustre un entraînement de moteur d'ascenseur, comprenant un moteur de levage, un convertis- seur à transistors pour son alimentation et une batterie d'accumulateurs raccordée au circuit de courant continu du convertisseur; la figure 2a représente le courant de base du transistor conducteur pendant la période o l'énergie cir- cule de la batterie vers le circuit de courant continu; la figure 2b représente le courant dans l'induc- tance pendant la période o l'énergie circule de la bat- terie vers le circuit de courant continu; la figure 2c représente la tension aux bornes de l'inductance pendant la période o l'énergie circule de la batterie vers le circuit de courant continu; la figure 2d illustre les phases de travail pendant la période o l'énergie circule de la batterie vers le circuit de courant continu; la figure 2e illustre la variation de la tension dans le circuit de courant continu du convertisseur, à une charge constante donnée, lorsque l'énergie est four- nie par la batterie; la figure 3 représente le courant d'une diode conductrice et le courant prélevé par le convertisseur pen- dant la période o l'énergie circule de la batterie vers le circuit de courant continu; la figure 4a illustre le fonctionnement du convertisseur de tension avec un courant présentant des intervalles; la figure 4b illustre le fonctionnement du convertisseur de tension avec un courant sans coupure; la figure 5a représente le courant de base du transistor conducteur pendant la période o l'énergie cir- cule du circuit de courant continu vers la batterie; la figure 5b représente le courant dans l'in- ductance pendant la période o l'énergie circule du cir- cuit de courant continuvers la batterie; la figure 5c représente la tension aux bornes de l'inductance pendant la période o l'énergie circule du circuit de courant continu vers la batterie; la figure 5d illustre les phases de travail pen- dant la période o l'énergie circule du circuit de courant continu vers la batterie; la figure 5e illustre la variation de tension dans le circuit de courant continu du convertisseur, à une charge constante donnée, lorsque l'énergie circule du circuit de courant continu vers la batterie; la figure 6 représente le circuit de commande du transistor conducteur pendant la période o l'énergie circule de la batterie vers le circuit de courant continu; et la figure 7 représente le circuit de commande du transistor conducteur pendant la période o l'énergie cir- cule du circuit de courant continu vers la batterie. Il doit être bien entendu,toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. La figure 1 représente un entraînement de mo- teur d'ascenseur, comprenant un moteur à cage d'écureuil M1 utilisé comme moteur de levage, un convertisseur à transistors pour l'alimentation du moteur, et une batte- rie d'accumulateurs A1 connectée au circuit de courant continu du convertisseur. Le convertisseur à transistors est constitué de transistors TR3-TR8 et de diodes D3-D8. La conception et les dispositions de commande de ce type de convertisseur font partiede la technologie connue des hommes de l'art; on ne décrit donc pas le convertisseur de façon plus détaillée dans ce qui suit. Il est typique du moteur d'ascenseur M1 qu'il tourne dans les deux sens et que des couples positifs et négatifs se produisent dans les deux sens de rotation lorsque l'ascenseur ac- célère ou ralentit entre les étages. Comme représenté sur la figure 1, la batterie A1 est connectée au circuit intermédiaire du convertis- seur, c'est-à-dire au circuit de courant continu de l'é- tage de puissance du convertisseur qui alimente les tran- sistors T3-T8 et dans lequel la tension est Uv. Le circuit de courant continu contient un condensateur de filtrage C1. La tension Uv du circuit de courant continu est supérieure à la tension de batterie qui existe entre les bornes de la batterie de stockage A1. L'accord de tension nécessaire en- tre la batterie A1 et le circuit de courant continu est effectué au moyen d'un adaptateur composé de transistors TR1 et TR2, de diodes D1 et D2 et d'une inductance L1. On distingue deux parties dans l'adaptateur. La circulation d'énergie est bidirectionnelle, de sorte que l'énergie peut aller de la batterie de stockage A1 au circuit de courant continu ou inversement puisque, pendant l'utili- sation de l'ascenseur, le courant circule dans le conver- tisseur dans les deux sens, c'est-à-dire du moteur M1 au circuit de courant continu et vice versa. Lorsque l'éner- gie circule de la batterie A1 au circuit de courant con- tinu, la tension de la batterie est rendue égale à la tension Uv du circuit de courant continu à l'aide du tran- sistor TR1, avec lequel l'inductance L1 agissant comme stockage d'énergie est chargée, et de la diode D2, avec laquelle l'énergie contenue dans l'inductance L1 est dé- chargéedans le circuit de courant continu. Lorsque l'éner- gie circule du circuit de courant continu vers la batterie Ai, la tension Uv du circuit de courant continu est rendue égale à la tension de batterie à l'aide du deuxième tran- sistor TR2, avec lequel l'inductance L1 est chargée et de la deuxième diode D1, avec laquelle l'énergie contenue dans l'inductance est déchargée dans la batterie A1. Le transistor TR1 est commandé par l'unité de commande 1 et le deuxième transistor TR2 est commandé par l'unité de commande 2. Les figures 2a-2e illustrent le prélèvement de puissance de la batterie d'accumulateurs A1. L'axe hori- zontal est l'axe des temps; il en est de même sur les fi- gures 3, 4a, 4b et 5a-5e. La figure 2a représente le cou- rant de base IBTR1 du transistor TR1 pendant la période o l'énergie circule de la batterie A1 vers le circuit de courant continu. La figure 2b représente le courant ILI dans l'inductance et la figure 2c représente la tension UL1 aux bornes de l'inductance pendant la même période. Le courant d'inductance ILI est composé du courant de transistor ITR1 et du courant de diode ID2.Sur la figure 2c,les surfaces A et B doivent être égales pour que le flux de l'inductance L1 soit stable. Le rapport de trans- formation de tension est indiqué par le rapport des temps de conduction T1 et T2 du transistor TR1 et de la diode D1 qui existent pendant les phases de travail présentées sur la figure 2d, c'est-à-dire pendant la période o l'énergie circule de la batterie A1 vers le circuit de courant continu. Dans le cas présent, la tension de la batterie est de 50V et la tension Uv du circuit de cou- rant continu est de 500V.La figure 2e illustre la varia- tion de la tension UC1 aux bornes du condensateur dans le circuit de courant continu du convertisseur à une charge donnée constante, lorsque l'énergie est fournie par la batterie A1. La figure 3 représente le courant ID2 de la diode conductrice et le courant I1 prélevé par le conver- tisseur pendant la période o l'énergie circule de la batterie A1 vers le circuit de courant continu. Du fait du rapport de transformation, le courant de diode ID1 est sensiblement plus grand que le courant I1 consommé par le convertisseur. La figure 4a illustre le fonctionnement de l'adaptateur lorsque le courant d'inductance IL1 pré- sente des coupures et la figure 4b illustre le fonctionne- ment lorsque le courant ne présente pas de coupures. Les figures 5a-5e illustrent les configurations des courbes pendant le transfert d'énergie du circuit de courant continu à la batterie A1. La figure 5a représente le courant de base IBTR2 du deuxième transistor conducteur pendant cette même période et la figure 5b représente le courant d'inductance IL1 pendant la période o l'énergie circule du circuit de courant continu à la batterie A1. Le courant d'inductance IL1 est composé du courant de transis- tor ITR2 et du courant de diode ID1. La figure 5b illustre les phases de travail T3 et T4 pendant ladite période. Le transistor TR2 est maintenant conducteur seulement pendant un court instant T4. La figure 5e illustre la variation de la tension UC1 aux bornes du condensateur C1 dans le circuit de courant continu du convertisseur à une charge donnée constante, lorsque l'énergie circule du circuit de courant continu à la batterie A1. La forme d'onde de la tension UC1 est différente de la forme d'onde repré- sentée sur la figure 2e, dans laquelle l'énergie circule de la batterie A1 au circuit de courant continu. Pendant la période o l'énergie circule de la batterie A1 au circuit de courant continu, le transis- tor de conduction TR1 est commandé de manière à être conducteur lorsque la tension Uv du circuit de courant continu est inférieure à la valeur de référence. La fi- gure 6 représente l'unité 1 de commande de transistor. La mise à la terre de l'unité de commande 1 peut être effectuée à la borne moins du circuit de courant continu. Ainsi, une isolation galvanique n'est pas nécessaire en- tre le transistor TR1 et l'unité de commande 1. L'inté- grateur composé d'un condensateur C2 et d'un amplifica- teur opérationnel 3 détecte la situation de tension basse du niveau de tension Uv, à l'aide d'un diviseur de tension comprenant des résistances R1 et R2. A partir de l'inté- grateur, le signal est amené à un comparateur 5 qui re- çoit également une onde triangulaire venant d'un généra- teur 4 d'ondes triangulaires. Dans le comparateur, une modulation de largeur d'impulsion est effectuée à l'aide de ces deux signaux. La valeur du courant circulant dans l'adaptateur est déterminée sur la base du rapport d'im- pulsion du signal obtenu dans la modulation de largeur d'impulsion et la valeur du courant change lorsque le rapport d'impulsion change. A partir du comparateur 5, le signal est envoyé à une résistance R3 et ensuite à un amplificateur intermédiaire. A l'aide des résistances R3 et R4, on ajuste la tension de base du transistor TR1 à la valeur appropriée. En même temps, une diode D9 de type Baker, connectée au collecteur de transistor CTR1 et à l'entrée de l'amplificateur intermédiaire, est ren- due active. L'amplificateur intermédiaire comprend des transistors TR9 et TR10 constituant un circuit suiveur d'émetteur double. Avec l'amplificateur intermédiaire, on commande la base BTR1 du transistor. Pendant la période o l'énergie circule du circuit de courant continu à la batterie A1, le deuxième transistor TR2 est commandé de manière à être conducteur lorsque la tension Uv dans le circuit de courant continu est supérieure à la valeur de référence. La figure 7 re- présente l'unité de commande 2 du deuxième transistor. Un intégrateur composé d'un condensateur C3 et d'un ampli- ficateur opérationnel 6 détecte toute situation de tension trop forte dans la tension Uv du circuit de courant conti- nu, à l'aide d'un diviseur de tension composé de résis- tances R5 et R6. La modulation de largeur d'impulsion est effectuée, comme dans l'unité de commande 1, dans un com- parateur 8 auquel est également envoyé un signal venant d'un générateur 7 d'ondes triangulaires, en plus du signal venant de l'intégrateur. Pour isoler galvaniquement le circuit électronique de commande du circuit de courant con- tinu, on utilise un opto-isolateur 9 auquel est envoyé le signal du comparateur 8. Ensuite, le signal est envoyé à l'amplificateur intermédiaire composé des transistors TR11 et TR12, la base de transistor BTR2 étant commandée à l'aide de cet amplificateur intermédiaire.Le circuit comprend également une diode Baker D10. Le dispositif comprend également un chargeur de batterie, pour charger la batterie A1. L'utilisation d'un chargeur de batterie est connue des hommes de l'art. Par conséquent, le chargeur de batterie n'est pas représenté sur la figure 1 et son fonctionnement n'est pas décrit de façon plus détaillée dans le présent contexte. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in- vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de ré- alisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du tech- 1 1 nicien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la por- tée de la présente invention. Par exemple, la connexion d'une batterie, comme enseigné par l'invention, peut être appliquée simplement pour la régularisation des courants de démarrage. Le convertisseur peut obtenir sa tension in- termédiaire à partir d'un pont à diodes par exemple, en plus de l'alimentation par batterie, et l'énergie de frei- nage peut également aller dans une résistance de freinage. En outre, la tension intermédiaire peut être établie à l'aide de transistors d'une manière telle qu'il devient également possible de renvoyer de l'énergie dans le ré- seau principal. La tension intermédiaire peut également être établie à l'aide de transistors. Revendications 1. Procédé pour la connexion d'une batterie d'accumulateurs à un convertisseur d'ascenseur, dans le- quel la batterie (A1) est connectée au circuit de courant continu de l'étage de puissance du convertisseur d'ascen- seur, caractérisé en ce que la tension (Uv) dans ledit circuit de courant continu est supérieure à la tension de batterie, en ce que l'énergie circule bidirectionnellement de la batterie au circuit de courant continu ou vice versa, et en ce que, lorsque l'énergie circule de la batterie (Al) vers le circuit de courant continu, la tension de batterie est rendue égale à la tension (Uv) du circuit de courant continu à l'aide d'un commutateur à semi- conducteur (TR1), par lequel un stockage d'énergie (L1) est charge, et d'une diode (D2) par laquelle l'énergie contenue dans le stockage d'énergie (L1) est déchargée dans le circuit de courant continu, et, lorsque l'éner- gie circule du circuit de courant continu vers la batte- rie (A1), la tension (Uv) du circuit de courant continu est rendue égale à la tension de batterie à l'aide d'un deuxième commutateur semi- conducteur (TR2), par lequel le stockage d'énergie (L1) est chargé, et d'une deuxième dio- de (D1) par laquelle l'énergie contenue dans le stockage d'énergie (L1) est déchargée dans la batterie. 2. Procédé suivant la revendication 1, carac- térisé en ce qu'on utilise une inductance comme stockage d'énergie (L1). 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pendant la période o l'énergie circule de la batterie (A1) vers le circuit de courant continu, le commutateur à semi-conducteur (TR1) en con- duction est commandé de manière à être conducteur lors- que la tension (Uv) du circuit de courant continu est inférieure à la valeur de référence. 4. Procédé suivantl'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que, pendant la période o l'énergie circule du circuit de courant continu vers la batterie (A1), le deuxième commutateur à semi- conducteur (TR2) en conduction est commandé de manière à être conducteur lorsque la tension (Uv) du circuit de cou- rant continu est supérieure à la valeur de référence. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, comprenant une batterie d'ac- cumulateurs (A1) pour connexion au circuit de courant con- tinu de l'étage de puissance d'un convertisseur, caracté- risé en ce que la tension de la batterie est inférieure à la tension (Uv) du circuit de courant continu, et en ce que le dispositif comprend un stockage d'énergie (L1) et, pour rendre la tension de batterie égale à la tension dans le circuit de courant continu lorsque l'énergie circule de la batterie (A1) vers le circuit de courant continu, un commutateur à semi-conducteur (TR1) par lequel le stockage d'énergie (L1) peut être chargé et une diode (D2) par la- quelle l'énergie contenue dans le stockage d'énergie peut être déchargée dans le circuit de courant continu, et, pour rendre la tension (Uv) du circuit de courant continu égale à la tension de batterie lorsque l'énergie circule du circuit de courant continu vers la batterie (A1), un deuxième commutateur à semi-conducteur (TR2) par lequel le stockage d'énergie peut être chargé et une deuxième diode (D1) par laquelle l'énergie contenue dans le stocka- ge d'énergie peut être déchargée dans la batterie (AlY. 6. Dispositif suivant la revendication 5, ca- ractérisé en ce que le stockage d'énergie (L1) est une in- ductance. 7. Dispositif suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de commande (1), les signaux de commande fournis par cette unité étant utilisables pour commander, pendant la période o l'énergie circule de la batterie (A1) vers le circuit de courant con- tinu, le commutateur à semi-conducteur (TR1) en conduc- tion demanière à ce qu'il soit conducteur lorsque la tension (Uv) du circuit de courant continu est inférieure à la valeur de référence. 8. Dispositif suivant la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en oe qu'il comprend une deuxième unité de commande (2), les signaux de commande fournis par cette unité étant utilisables pour commander, pendant la période o l'énergie circule du circuit de courant continu vers la batterie (A1), le deuxième commutateur à semi-conducteur (TR2) en conduction de manière à ce qu'il soit conducteur lorsque la tension (Uv) du circuit de courant continu est supérieure à la valeur de référence.