Brevet FR2667735A1 — publié le 19920410

INSTALLATION D'ALIMENTATION EN ENERGIE ELECTRIQUE ALTERNATIVE AVEC ALIMENTATION DE SECOURS La présente invention se rapporte à une installation d'alimentation d'une charge en énergie électrique alternative, monophasée ou polyphasée, cette installation comportant une alimentation auxiliaire de secours apte à remplacer l'alimentation principale en cas de défaillance de cette dernière. Il est connu d'utiliser comme alimentation de secours une batterie d'accumulateurs faisant fonctionner un onduleur Un contacteur statique, qui est placé entre le réseau normal d'alimentation et la charge et qui est f ermé 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 normalement 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, tandis qu'il recharge généralement ces batteries à travers l'onduleur qui fonctionné de manière réversible. Lorsque l'utilisation est sensible, il est important que la charge soit très rapidement isolée du réseau en cas de défaillance de ce dernier Il convient en conséquence d'une part de détecter très rapidement la défaillance du réseau, et d'autre part d'utiliser un contacteur statique à ouverture rapide. *Si la seconde condition ne pose actuellement pas de problèmes, en raison de l'utilisation pour ce contacteur statique de composants semi-conducteurs à capacité de blocage (transistors, GTO) ou à blocage assisté par un circuit auxiliaire (thyristors), il n'en est pas de même de la détection rapide de la sortie du réseau de ses tolérances, qui est à la base de l'ordre de blocage du contacteur statique Le réseau fournissant en effet une tension alternative, il n'est pas possible, pour une détection de défaillance quasi-instantanée, soit de mesurer sa tension de crête, soit de prendre en considération la valeur moyenne de sa tension redressée, ces deux processus classiques entraînant généralement un retard préjudiciable. L'invention vise à remédier à ces inconvénients Elle se rapporte à cet effet à une installation d'alimentation d'une charge en énergie électrique alternative à partir d'un réseau d'alimentation, cette installation comportant une alimentation auxiliaire de secours apte à remplacer l'alimentation principale en cas de défaillance du réseau, un contacteur statique étant prévu pour isoler alors la charge du réseau Ce contacteur statique est commandé par un dispositif de détection quasi- instantanée de la sortie du réseau hors de ses tolérances, qui comporte un générateur de tension alternative de même forme et fréquence que celles du réseau, d'amplitude fixe et déterminée, et asservi de manière à être en phase avec la tension du réseau Des moyens de comparaison sont prévus pour comparer en permanence les amplitudes instantanées de la tension du réseau et de la tension de ce générateur et pour, lorsque la différence entre ces deux amplitudes dépasse un seuil prédéterminé, déclencher quasi-instantanément l'ouverture dudit contacteur statique. Avantageusement, des moyens sont en outre prévus pour détecter ensuite le retour du réseau dans ses tolérances admissibles, pour alors asservir en phase ledit générateur sur le réseau, pour vérifier cet asservissement en phase ainsi que le retour de ladite différence des tensions en dessous dudit seuil, et pour refermer alors en conséquence le contacteur statique. 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, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels: La figure i est un schéma synoptique du dispositif de détection rapide équipant l'installation; et Les figures 2 A à 2 D sont des courbes explicatives de son fonctionnement. En se reportant à la figure 1, la référence 1 désigne la ligne d'arrivée du réseau alternatif, supposé ici monophasé pour simplifier le dessin Ce réseau 1 alimente une charge 2 à travers un contacteur statique 3, à thyristors G T O par exemple, qui reçoit sur une entrée de commande 4 un signal A de commande d'ouverture ou de fermeture Une alimentation auxiliaire de secours (non représentée) à batterie d'accumulateurs et onduleur est destinée à appliquer en un point 5 du conducteur reliant le contacteur statique à la charge, par une ligne 6, une tension alternative apte à remplacer le réseau 1 en cas de défaillance de celui-ci, c'est à dire en cas de sortie des limites de tolérance admissibles par la charge 2 Dans ce dernier cas, le signal A commande l'ouverture du contacteur statique 3, afin d'isoler la charge 2 de la ligne défaillante 1: c'est alors l'onduleur qui alimente la charge par sa ligne de sortie 6. Lorsque le réseau 1 fonctionne normalement, le signal de commande A est tel que lecontacteur statique 3 est fermé, et le -réseau 1 alimente la charge 2 et fournit en plus, par la ligne 6 et l'onduleur, un courant de recharge pour la batterie Afin de permettre une détection quasiinstantanée de la sortie du réseau 1 hors de ses tolérances, il est prévu un générateur 7 de tension sinusoidale de même fréquence que celle du réseau et d'amplitude fixe Ce générateur 7 est asservi en phase avec la tension Vr du réseau par une commande 8 de régulation de phase qui reçoit la tension du réseau 1 par l'intermédiaire d'un conducteur 9 et d'un circuit "ET" 10, dont le rôle sera expliqué ci-après et qui sera pour le moment considéré comme passant. Ce générateur fournit donc sur sa sortie 11 une tension sinusoïdale Vref, représentée en figure 2 A, en phase avec celle du réseau, de même période, et d'amplitude fixe et déterminée, égale dans cet exemple à celle du réseau alternatif 1. Cette tension Vref est appliquée à une première entrée d'un comparateur de tensions 12 qui reçoit sur sa seconde entrée 13 la tension Vr du réseau, par le conducteur 9 précité Cette tension Vr de réseau est représentée en figure 2 B, et est supposée sortir de ses tolérances (chuter brusquement) à l'instant tl. En sortie 15 du comparateur 12 existe donc une tension Vd qui est la différence entre la tension réseau Vr et la tension Vref, et qui est donc sensiblement nulle en régime normal Cette tension Vd est appliquée à un circuit à seuil 16, dont les seuils "haut" +S et "bas" S sont représentés en figure 2 C, qui illustre la courbe représentative de cette différence de tension Vd La valeur absolue S du seuil peut, par exemple, être de l'ordre de % de la tension crête de la tension de référence Vref. Tant que la différence instantanée Vd des deux tensions précitées reste comprise entre les deux seuils +S et -S, le signal de sortie 17 du circuit 16 est par exemple au niveau "O", de sorte qu'une bascule bistable 18 qui reçoit, sur une entrée S, le signal 17 à zéro fournitun signal A de niveau "O" sur sa sortie reliée à l'entrée 4 de commande du contacteur statique 3, ce dernier étant alors, en conséquence, f ermé Le signal A de sortie de la bascule 18 est représenté à la figure 2 D. A l'instant ti, la tension réseau Vr chute brusquement, de sorte que la courbe Vd (figure 2 C) vient dépasser le seuil +S du circuit 16 La bascule 18 est alors activée par le signal de niveau " 1 " apparaissant sur son entrée S, et sa sortie A passe au niveau " 1 " (figure 2 D), ce qui entraîne l'ouverture du contacteur 3, de manière quasi-instantanée à l'instant tl correspondant à la chute de la tension du réseau. Par ailleurs, le signal A de commande agit simultanément, par un conducteur 19, connecté à l'entrée de commande 4, sur la commande de découpage de l'onduleur (non représentée) afin de faire fonctionner ce dernier en alimentation de secours lorsque le signal A est au niveau " 1 ". Afin de rendre cette installation totalement automatique, il est en outre avantageusement prévu des moyens pour valider ensuite le retour en tolérances du réseau 1 et pour ne refermer le contacteur statique 3 que lorsque la remise en phase du réseau et du générateur 7 a été effectuée, et que la différence Vd des tensions précitée (courbe de la figure 2 C) est redevenue, en valeur absolue, inférieure à la valeur de seuil S Ce retour n'a pas besoin d'être rapide, car il importe peu que l'onduleur fonctionne quelques instants de plus. En conséquence, la tension Vr du réseau est appliquée par le conducteur 9 à l'entrée 20 d'un circuit 21 de mesure d'amplitude, par exemple de valeur moyenne, dont la sortie 22 est appliquée à un comparateur de tensions 23 qui reçoit sur son autre entrée 24 une tension Vm de référence prédéterminée et déterminant la tension de tolérance: lorsque la tension Vmoy mesurée par le circuit 21 atteint à nouveau cette tension de référence Vm, le réseau est considéré comme redevenu normal Le signal en sortie du comparateur 23 autorise alors l'ouverture de la porte ET 1 i O précitée (qui s'était fermée précédemment à l'instant tl de la figure 2 B), ce qui valide par l'entrée de commande 8 l'asservissement en phase du générateur 7 à la tehsion du réseau. Un comparateur de phases 26, qui reçoit la tension réseau Vr et, par un conducteur 27, la tension Vref de sortie du générateur 7, fournit sur sa sortie 28 un niveau " 1 " lorsque ses tensions Vr et Vref d'entrée sont en phase. Cette sortie 28 est appliquée à un circuit "ET" 29 qui reçoit sur son autre entrée 31 la sortie, inversée au moyen d'un inverseur logique 30, du circuit à seuil 16: lorsque la différence instantanée Vd des tensions du réseau et du générateur 7 est revenue, en valeur absolue, en dessous de la valeur S, la sortie 17 est alors au niveau " 01 ", de sorte que le niveau " 1 " apparaît sur l'entrée 31 La porte 29 s'ouvre donc et une impulsion de basculement de la bascule bistable 18 est appliquée à une entrée R de cette dernière, ce qui entraîne la remise à l'état "O" du signal A appliqué à l'entrée de commande 4 et, par la suite, d'une *part la fermeture du contacteur statique 3 et d'autre part, par le conducteur 19, la modification du découpage de l'onduleur afin qu'il serve maintenant, par la ligne 6, à la recharge de la batterie par le réseau 1. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, mais est bien au contraire susceptible d'être mise en oeuvre sous de nombreuses formes équivalentes. REVENDICATIONS 1 Installation d'alimentation d'une charge ( 2) en énergie électrique alternative à partir d'un réseau ( 1), cette installation comportant une alimentation auxiliaire de secours apte à remplacer l'alimentation principale en cas de défaillance du réseau, un contacteur statique ( 3) étant prévu pour isoler alors la charge ( 2) du réseau ( 1), caractérisée en ce que ce contacteur statique ( 3) est commandé par un dispositif de détection quasi-instantanée de la sortie du réseau hors de ses tolérances, ce dispositif comportant un générateur ( 7) de tension alternative (Vref) de même forme et fréquence que celles du réseau, d'amplitude fixe et déterminée, et asservi ( 8) de manière à être en phase avec la tension (Vr) de ce réseau, des moyens de comparaison ( 1 2, 16,18) pour comparer en permanence les amplitudes instantanées de la tension (Vr) du réseau et de la tension (Vref) du générateur ( 7) et pour, lorsque la différence (Vd) entre ces deux amplitudes dépasse un seuil prédéterminé (+I-S), déclencher quasi-instantanément l'ouverture du contacteur statique ( 3). 2 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'amplitude fixe et déterminée de la tension (Vref) fournie par ce générateur ( 7) est choisie sensiblement égale à l'amplitude de la tension du réseau ( 1). 3 Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de comparaison comportent un comparateur ( 1 2) dont la sortie est connectée à l'entrée d'un circuit à seuil ( 16), la sortie du circuit à seuil ( 16) étant connectée à une entrée (S) d'une bascule bistable ( 8) de manière a fournir en sortie de la bascule un signal (A) de commande d'ouverture du contacteur statique. 4 Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens ( 21,23) de détection du retour du réseau ( 1) dans ses tolérances admissibles, des moyens ( 10) de commande de l'asservissement en phase du générateur ( 7) sur le réseau lorsque ledit retour est détecté, des moyens ( 26) de vérification de cet asservissement en phase, et des moyens de commande de la fermeture du contacteur statique ( 3), lorsque le générateur ( 7) est asservi en phase sur le réseau et que la différence (Vd) entre les amplitudes de la tension (Vr) du réseau et la tension (Vref) du générateur est, en valeur absolue, inférieure audit seuil prédétermié (S). Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de détection du retour du réseau comportant un circuit ( 21) de mesure de l'amplitude (Vmoy) de la tension (Vr) du réseau et des moyens de comparaison de cette amplitude (Vmoy) à une valeur (Vm) de référence. 6 Installation selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande de l'asservissement en phase du générateur ( 7) sur le réseau comportent une porte ET ( 10) dont une entrée reçoit la tension du réseau (Vr) et dont l'autre entrée est connectée à la sortie ( 25) des moyens ( 21,23) de détection du retour du réseau, la sortie de la porte ET étant connectée à une entrée ( 8) de commande de régulation de phase du générateur ( 7). 7 Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que les moyens de commande de la fermeture du contacteur statique comportent une bascule bistable ( 8) dont la sortie est connectée à l'entrée de commande du contacteur statique et dont l'entrée (R) de remise à zéro est connectée à la sortie de la seconde porte ET ( 29), une première entrée de la seconde porte ET ( 29) étant connectée à la sortie ( 28) des moyens de vérification de l'asservissement en phase et une seconde entrée ( 31) de la seconde porte ET ( 29) étant connectée, par l'intermédiaire d'un inverseur ( 30) à la sortie des moyens ( 12,16) de comparaison des amplitudes de la tension (Vr) du réseau et de la tension (Vref) du générateur ( 7).