Brevet FR2666941A1 — publié le 19920320

DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN ENERGIE ELECTRIQUE ALTERNATIVE COMPORTANT UNE ALIMENTATION DE SECOURS. La présente invention se rapporte à un dispositif pour l'alimentation d'une charge en énergie électrique alternative mono ou poly-phasée, ce dispositif comportant une alimentation auxiliaire de secours apte à remplacer l'alimentation principale en cas de défaillance de cette dernière. I1 est connu d'utiliser comme alimentation de secours une batterie d'accumulateurs alimentant un onduleur. Un contacteur statique, qui est placé entre le réseau normal d'alimentation et la charge, et qui est fermé en fonctionnement normal, s'ouvre automatiquement en cas de défaillance de ce réseau afin de le déconnecter immédiatement de la charge, et c'est alors l'onduleur qui alimente directement cette charge en énergie électrique. Lorsque cette défaillance, qui ne peut être que passagère compte tenu de la capacité limitée des batteries d'accumulateurs, a disparu, ce contacteur statique se referme et le réseau alimente à nouveau la charge normalement, tandis qu'il recharge les batteries à travers l'onduleur si celui-ci fonctionne de manière réversible. Pour un fonctionnement optimal, il est généralement souhaité que lorsque le réseau sort de ses tolérances ou l'onduleur puisse alimenter la charge sans que la tension aux bornes de la charge ne soit perturbée, c'est à dire en parfaite continuité avec l'alternance de tension en cours. I1 faut donc détecter quasi-instantanément l'étant hors-tolérance du réseau, ce qui ne pose pas de problème avec ltélectronique d'aujourd'hui, et il faut en outre utiliser un contacteur statique à ouverture rapide.Ceci peut être réalisé à l'aide de composants à coupure quasi-instantanee, tels que des transistors bipolaires ou MOS, ou des thyristors GTO, mais ces solutions ont l'inconvénient d'entre d'un coût souvent cons idéré comme prohibitif, et l'on préfère donc utiliser, pour la réalisation de ce contacteur statique, des thyristors ordinaires (c'est à dire non-blocables par la gâchette comme c'est le cas pour les thyristors GTO). L'utilisation, pour une telle fonction, de thyristors ordinaires, présente néanmoins une difficulté, qui peut même aboutir à une impossibilité d'utilisation, et qui sera explicitée en référence aux figures 1 et 2 jointes. La figure 1 représente très schématiquement le contacteur statique 1, composé de deux thyristors tête-bêche 2 et 3 de type ordinaire (non blocables par la gâchette), qui est interposé entre le fil de réseau 4 et la charge 5 à laquelle peut être appliquée en 6 la tension de secours en sortie 7 de l'onduleur (non représenté). Les deux courbes représentatives du courant i dans le contacteur statique 1 et de la tension v en 6 sont tracées, en fonction du temps t, en figure 2. La tension v et le courant i ne sont en pratique jamais en phase et, comme représenté en figure 2, il est ici supposé que le courant i est en retard par rapport a la tension v: le passage par zéro de i s'effectue un temps tl après le passage par zéro de v. Si l'on considère la demi-alternance de la tension v allant de 0 à T/2, deux cas peuvent se présenter en cas de défaillance du reseau:: Ou bien cette défaillance a fort heureusement lieu dans 1' intervalle de temps compris entre tl et T/2 Dans ce cas, i et v sont tous deux de même signe, ici positif, et l'intégralitré du courant i passe dans le thyristor 2, qui est conducteur tandis que le thyristor 3 est éteint. Dans un tel cas, l'onduleur applique immédiatement en 7 une tension égale et en phase avec celle de v avant défaillance, donc une tension positive, ce qui entralne naturellement l'extinction du thyristor 2 polarisé en inverse. La défaillance ayant été détectée, aucune impulsion n'est appliquée sur la gâchette du thyristor 3 qui reste éteint. Tout se passe donc très bien. Ou bien, cette défaillance a malencontreusement lieu dans l'intervalle de temps compris entre O et tl. Dans un tel cas, v est positive mais i est négatif et ce courant circule donc entierement dans le thyristor 3 qui est allumé. L'application à ce moment la d'une tension positive, remplaçant v sur le fil 7 ne bloque pas ce thyristor 3, qui continue bien au contraire encore plus à conduire, et dans le meilleur des cas le courant dans ce thyristor ne pourra commencer à décroltre qu'à l'instant T/2 puisque c'est seulement à cet instant que l'onduleur tend à inverser la tension. Il se produit donc un retard à l'ouverture du contacteur statique 1, retard qui est préjudiciable au fonctionnement de l'alimentation de secours que l'on voudrait quasi-instantané.Par ailleurs, si le réseau 4 est en courtcircuit, l'onduleur est alors lui-même mis en court-circuit par le thyristor 3 dont le courant ne peut qu'augmenter en raison de l'application de la tension positive v, ce qui peut entralner la détérioration de cet onduleur, ou une forte perturbation de la tension de sortie si l'onduleur se protège en courant. L'invention vise à remédier à cet inconvénient. Elle se rapporte à cet effet à un dispositif pour l'alimentation d'une charge en énergie électrique alternative, comportant une alimentation principale, une alimentation auxiliaire de secours, des moyens de détection d'une défaillance de l'alimentation principale, un contacteur statique disposé entre l'alimentation principale et la charge, comportant, par phase, deux thyristors tête-bêche et contrôlé par des moyens de commande de manière à être ouvert en cas de défaillance de l'alimentation principale, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure des valeurs instantanées du courant dans le contacteur statique et de la tension aux bornes de la charge et des moyens de commande de l'alimentation auxiliaire, connectés auxdits moyens de mesure et contrôlant l'alimentation auxiliaire de manière à ce que, en cas de défaillance de l'alimentation principale, si juste avant la défaillance, ledit courant et ladite tension sont de même signe, l'alimentation auxiliaire fournisse quasiinstantanément à la charge une tension pratiquement égale, en amplitude et en phase, à celle fournie à cet instant par l'alimentation principale. Si, juste avant la défaillance, ledit courant et ladite tension sont de signes contraires, l'alimentation auxiliaire fournisse à la charge une tension de signe inverse de celui de ladite tension au moment de la commutation sur l'alimentation auxiliaire, ladite tension inverse étant suffisante pour entralner le blocage du thyristor du contacteur statique qui conduisait à cet instant et étant maintenue jusqu'à ce que ledit courant s'annule, l'alimentation auxiliaire étant ensuite commandée en fonctionnement normal pour fournir une tension remplaçant, en amplitude et en phase, celle que fournissait l'alimentation principale. L'alimentation auxiliaire est, de préférence, constituée par un onduleur comportant, par phase, deux transistors de puissance disposés en série, alimentés par des tensions continues positive et négative et commandés par les moyens de commande. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation de ce dispositif d'alimentation, en référence au dessin schématique annexé qui comporte, outre les figures 1 et 2 décrites précédemment, une figure 3 qui représente, pour une seule phase, un schéma électrique très simplifié de ce dispositif. En se reportant à cette figure 3, les éléments du circuit déjà apparents en figure 1 sont aisément repérables par leurs mêmes chiffres de référence. En outre, quelques éléments de l'onduleur, qui n'est pas du tout représenté en figure 1, sont apparents en figure 3: son filtre de sortie à self 8 et capacité 9, et ses deux transistors de puissance 10,11 disposés en série et alimentés par des tensions continues positive +E/2 et négative -E/2 et commandés en découpage en 12 et 13 par l'organe central 14 de mesure, de calcul, et de commande, qui équipe l'ensemble du dispositif. La tension du réseau 4 est prélevée en 15 à la sortie de l'alimentation principale et appliquée en 16 à l'organe central 14, de sorte que celui-ci détermine en conséquence l'étant de fonctionnement, normal ou anormal, de ce réseau 4. Par ailleurs, cet organe central 14 fournit, en 17 et 18, les impulsions d'allumage des thyristors 2 et 3. En outre, un capteur de courant 19 est prévu sur le fil 4 pour tester le signe et l'intensité du courant i, ces données étant analysées en permanence par l'organe logique 14 et entrées dans ce dernier en 20. De même, la tension v précitée est prélevée en 6 et appliquée à l'organe central 14 en 21, ce dernier l'analysant de façon à au moins surveiller son signe.Le fonctionnement du dispositif est le suivant (voir également la figure 2): Si la tension du réseau 4 vient à sortir de ses tolérances, ce que détecte l'organe logique 14 grâce à l'entrée de mesure 16, deux cas se présentent, selon que le courant i et la tension v (mesures en 20 et 21) sont de même signe ou non: s'ils sont de même signe, tout se passe "normalement", et l'organe central 14 commande, en 12 et 13, les transistors 10 et 11 de l'onduleur de façon à le faire fonctionner pour qu'il délivre en 7 une tension prolongeant exactement, en amplitude et en phase, la tension v qui existait jusqu'alors en 6. En même temps, il cesse tout envoi d'impulsions d'allumage (en 17 et 18) sur les gâchettes des thyristors 2 et 3. Le contacteur statique 1 se bloque alors tout naturellement, car le thyristor qui ne conduisait pas reste ouvert, tandis que l'autre se bloque immédiatement puisque la tension qui lui est appliquée en 6 par l'onduleur, correspond alors pour lui à une tension inverse. S'ils sont de signes contraires, celà signifie que, si l'on opérait comme dans le premier cas, le thyristor qui conduit serait soumis par l'onduleur à une tension directe, ce qui ne ferait que renforcer son courant, et ceci jusqu'à ce que la tension v en 6 change de signe. Pour éviter cet effet dommageable, l'organe 14 inverse alors momentanément les polarités de commande des transistors 10 et 11 de l'onduleur, de sorte qu'est appliquée en 6 une tension (+E/2 ou -E/2) de signe apte à entraîner son blocage quasi-immédiat. Cette tension est maintenue jusqu'à ce que le courant i (mesuré en 19) soit nul (à titre d'exemple quelques centaines de microsecondes), puis l'organe 14 commande les transistors 10 et 11 "normalement", c'est à dire de manière à fournir une tension v qui prend le relais de la tension de réseau défaillante. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, mais elle est bien au contraire susceptible d'être mise en oeuvre sous d'autres formes équivalentes. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'alimentation d'une charge (5) en énergie électrique alternative comportant une alimentation principale (4), une alimentation auxiliaire de secours, des moyens (14,15,16) de détection d'une défaillance de l'alimentation principale (4), un contacteur statique (1) disposé entre l'alimentation principale et la charge, comportant, par phase, deux thyristors tête-bêche (2,3) et contrôlé par des moyens de commande (14) de manière à être ouvert en cas de défaillance de l'alimentation principale, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (19,20) de mesure des valeurs instantanées du courant (i) dans le contacteur statique (1) et de la tension (v) aux bornes de la charge (5) et des moyens (14) de commande de l'alimentation auxiliaire, connectés auxdits moyens de mesure et contrôlant l'alimentation auxiliaire de manière à ce que, en cas de défaillance de l'alimentation principale, si juste avant la défaillance, ledit courant (i) et ladite tension (v) sont de même signe, l'alimentation auxiliaire fournisse quasiinstantanément à la charge (5) une tension pratiquement égale, en amplitude et en phase, à celle fournie à cet instant par l'alimentation principale. si, juste avant la défaillance, ledit courant (i) et ladite tension (v) sont de signes contraires, l'alimentation auxiliaire fournisse à la charge (5), une tension (+E/2 ou - E/2) de signe inverse de celui de ladite tension (v) au moment de la commutation sur l'alimentation auxiliaire, ladite tension inverse étant suffisante pour entralner le blocage du thyristor du contacteur statique qui conduisait à cet instant et étant maintenue jusqu a ce que ledit courant (i) s'annule, l'alimentation auxiliaire étant ensuite commandée en fonctionnement normal pour fournir une tension remplaçant, en amplitude et en phase, celle que fournissait l'alimentation principale. 2. Dispositif selon la revendication i, caractérisé en ce que l'alimentation auxiliaire est constituée par un onduleur comportant, par phase, deux transistors de puissance (10,11) disposés en série, alimentés par des tensions continues positive (+E/2) et négative (-E/2) et commandés par les moyens de commande (14). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de détection d'une défaillance de l'alimentation principale comportant des moyens (15,16) de mesure de la tension de sortie de l'alimentation principale.