Brevet FR2675000A1 — publié le 19921009

Procédé et dispositif pour atténuer l'effet du radioparasitage par conduction sur le réseau alternatif polyphasé La présente invention concerne un procédé pour atténuer l'effet du radioparasitage par conduction sur un réseau alternatif polyphasé alimentant notamment des convertisseurs à découpage. Il concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé principalement destiné à des équipements embarqués à bord d'aéronefs ou bien encore tout type de véhicules terrestres ou navals. Les convertisseurs à découpage permettent à partir d'une alimentation fixe, dite source continue, de délivrer à une charge alternativement la tension correspondant à l'un ou l'autre des pâles de la source continue, au rythme de la séquence de hachage, qui peut par exemple s'effectuer à une fréquence de l'ordre de 20 à k Hz. Il est donc demandé à cette source continue des courants impulsionnels qui peuvent être soit toujours de même signe, soit de signes alternés Les courants impulsionnels circulant dans ce convertisseur à la fréquence de hachage, appelée aussi fréquence de conversion, remontent en partie ou en totalité vers le réseau alternatif à partir duquel cette source continue est obtenue En outre, la formation particulière de cette source continue, après redressement double alternance à partir du réseau alternatif, est elle-même génératrice de nombreux harmoniques de la fréquence de ce réseau Il en résulte une détérioration des formes d'ondes des courants circulant sur le réseau alternatif. Il est connu, pour éviter le retour vers le réseau alternatif de tous ces courants indésirables, d'insérer sur les lignes de ce réseau, en amont de l'ensemble de redressement, des filtres capables de réduire suffisamment le niveau des perturbations ainsi créées pour répondre aux normes de radioparasitage par conduction existant tant pour la bande harmonique de la fréquence du réseau alternatif que pour la bande harmonique de la fréquence de conversion. Toutefois, dès que les puissances demandées atteignent quelques kilowatts, le volume et le poids de tels filtres deviennent vite imcompatibles avec une utilisation sur des équipements embarqués tels que cités précédemment. Il est aussi connu, pour un réseau alternatif 115 V/60 Hz monophasé, de recourir au montage de la figure 1 pour réduire très sensiblement les perturbations dues aux harmoniques de la fréquence de ce réseau Pour ce faire, un circuit spécifique de contrôle et de commande 10 permet de garantir que la forme du courant circulant dans le réseau monophasé est sinusoïdal et en phase avec la tension de celui-ci. Un tel montage comporte en entrée un circuit de redressement 20 placé directement sur le réseau monophasé et en sortie une charge Rch sur laquelle est placé en parallèle un condensateur tampon C Une inductance réservoir L et un premier commutateur D (diode) sont disposés en série entre l'une des bornes de sortie du circuit de redressement 20 et l'une des bornes de la charge Rch, l'autre borne de sortie du circuit de redressement 20 étant reliée directement à l'autre borne de la charge Rch Un second commutateur S commandé par un circuit 10 est placé en parallèle entre le point commun à l'inductance L et le premier commutateur D, et l'autre borne de la charge Rch qui est aussi celle du circuit de redressement 20. Le circuit 10 qui assure la commande de la séquence de hachage par l'action sur le commutateur S, contrôle également la forme des tensions et courants circulant dans le montage en prélevant ceux-ci en différents points De par le principe de contrôle utilisé, la forme du courant I red qui circule dans l'inductance L est identique à celle de la tension réseau redressée Vred et pratiquement en phase avec elle Toutefois, une ondulation triangulaire, dont l'amplitude dépend de la valeur de l'inductance L et de la fréquence de la séquence de hachage, subsiste en superposition de l'onde sinusoïdale. Il en résulte qu'un tel montage, s'il permet de s'affranchir des perturbations provoquées par les harmoniques de la fréquence réseau, comme pourrait d'ailleurs le montrer une analyse spectrale, ne réussit pas à éliminer celles liées à la fréquence de conversion. La présente invention vise a remédier aux inconvénients précités et notamment par un système simple, fiable et peu onéreux à maîtriser les perturbations tant dans la bande harmonique de la fréquence réseau que dans la bande harmonique de la fréquence de conversion. Ces buts sont atteints grâce à un procédé pour atténuer l'effet du radioparasitage par conduction sur un réseau alternatif polyphasé caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) lissage du courant ligne circulant sur le réseau à l'aide d'au moins une inductance Li par phase, b) découpage en sortie de chaque inductance Li du courant lissé par un commutateur Si, c) redressement du courant lissé découpé en sortie de chaque inductance Li par au moins un élément de redressement Di, l'ensemble desdits éléments Di formant un circuit redresseur alimentant une charge. Avantageusement, ladite étape de découpage consiste dans un premier temps à relier entre elles lesdites inductances Li et ainsi former sur ledit réseau alternatif une charge inductive montée en étoile, et dans un second temps à relier lesdites inductances Li avec lesdits éléments de redressement Di et ainsi assurer le passage du courant dans ladite charge, les premier et second temps étant fonction de la position desdits commutateurs Si, elle-même imposée par un circuit de commande. Le procédé précédent peut être mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif caractérisé en ce que pour chaque phase d'un réseau alternatif, il comporte au moins une inductance Li dont l'une des deux extrémités est reliée à une phase dudit réseau alternatif, l'autre extrémité étant reliée, selon la position d'un commutateur Si imposée par un circuit de commande, tantôt à au moins un élément de redressement Di, tantôt aux inductances Li des autres phases, lesdits éléments de redressement formant un circuit redresseur alimentant une charge résistive Rch sur laquelle est placé en parallèle un condensateur tampon C. Avantageusement, ledit circuit de commande impose à chacun desdits commutateurs Si dans un premier temps de relier entre elles lesdites inductances Li pour former sur ledit réseau alternatif une charge inductive montée en étoile et dans un second temps de relier lesdites inductances Li avec lesdits éléments de redressement Di pour assurer le passage du courant dans ladite charge résistive Rch sur laquelle est placée en parallèle ledit condensateur-tampon C. De préférence, le dispositif comporte une inductance Li par phase dudit réseau alternatif et ledit circuit redresseur est un montage en pont comportant deux éléments de redressement Di pour chacune desdites inductances Li. Selon un autre mode particulier de réalisation, le dispositif comporte deux ensembles identiques disposés en parallèle comportant chacun une inductance Li par phase dudit réseau alternatif, ledit circuit redresseur étant un montage en pont comportant deux éléments de redressement Di pour chacune desdites inductances Li de chaque ensemble, et lesdits commutateurs Si d'un ensemble étant commandés simultanément mais en opposition de phase avec lesdits commutateurs de l'autre ensemble. Selon une caractéristique particulière préférentielle de l'invention, lesdits commutateurs Si forment entre eux un montage en étoile dont chaque branche est reliée au point commun (A,B,C,D,E,F) existant entre chacune desdites inductances Li et au moins un élément de redressement Di. Toutefois, à titre d'alternative, pour certains modes de réalisation particuliers, lesdits commutateurs Si forment entre eux un montage polygonal dont chaque branche relie entre eux deux des points communs (A,B,C,D,E,F) existant entre chacune desdites inductances Li et au moins un desdits éléments de redressement Di. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus directement à la lecture de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un exemple de réalisation de l'art antérieur, les figures 2 a et 2 b représentent respectivement le schéma d'un exemple de réalisation selon l'invention et les différentes formes d'ondes qui correspondent à ce schéma, les figures 3 a et 3 b représentent respectivement le schéma d'un exemple de réalisation préférentielle selon l'invention et les différentes formes d'ondes qui correspondent à ce schéma, la figure 4 montre un autre exemple de réalisation selon l'invention, et la figure 5 montre encore un autre exemple de réalisation selon l'invention. On se réfère maintenant aux dessins et en particulier aux figures 2 a et 2 b qui représentent respectivement un exemple de réalisation selon l'invention et les formes d'ondes y associées. Trois inductances LI, L 2, L 3 placées sur chacune des phases Phl, Ph 2 et Ph 3 d'un réseau alternatif triphasé sont reliées par l'intermédiaire d'un pont de diodes Dl à D 6 hexaphasé à une charge Rch à laquelle est relié en parallèle un condensateur-tampon C Trois interrupteurs commandés, Si, 52, 53 montés en étoile sont reliés respectivement à chaque ligne du réseau alternatif au niveau des points communs entre les inductances LI, L 2, L 3 et les diodes Dl à D 6 du pont hexaphasé Un circuit de commande 1 est disposé entre le point neutre N de ce montage étoile et l'entrée de commande de chaque interrupteur SI à 53. Ce dispositif présente deux temps de fonctionnement selon que les interrupteurs SI à 53 sont en position ouvert ou fermé. Pour les formes d'ondes représentées à la figure 2 b, il est supposé que la charge des inductances s'effectue sur la crête positive du courant de la phase Phl et que le signal rectangulaire continu Vcont délivré par le circuit de commande 1 est de rapport cyclique N égal à 0,5 La fréquence de ce signal, qui est lafréquence de conversion du dispositif est beaucoup plus élevée que celle du réseau alternatif, de 50 à 250 fois supérieure par exemple. Premier temps: interrupteurs SI à 53 fermés. Les trois inductances LI à L 3 sont reliées au point N du montage étoile formé par les trois interrupteurs SI à 53 et forment alors une charge triphasée équilibrée (on supposera Li, L 2 et L 3 identiques) Le courant Is dans la charge et les courants I(D 1) à I(D 6) dans les diodes Dl à D 6 sont nuls Les inductances LI à L 3 se chargent et le courant qui traverse ces inductances ainsi que les interrupteurs SI à 53 augmente en valeur absolue Les courants I(L 1) et I( 51) croissent linéairement (on supposera les inductances parfaites) tandis que les courants I(L 2), I( 52) et I(L 3), I(M 3) décroissent également linéairement mais avec une pente moitiée (I(L 2)=I(L 3) dans le cas de figure choisi mais plus généralement I (L 1)=I(L 2)+I(L 3) avec I(L 2)*I(L 3)) L'énergie emmagasinée par chaque inductance à l'instant précédant l'ouverture des interrupteurs (début de la phase 2) est donnée par l'expression: W= 0,5 LI 2 o I est le courant dans L à l'instant de l'ouverture. La somme des courants aboutissant au point neutre N étant nulle à tout instant dans un tel système triphasé équilibré, on peut montrer que l'énergie totale emmagasinée par les inductances est alors constante et égale à 0,75 L Imax Second temps: interrupteurs SI à 53 ouverts. La tension aux bornes des inductances s'inverse et celles-ci restituent à la charge l'énergie emmagasinée pendant le temps précédent Les courants I(SI) à I( 53) s'annulent et le courant traversant les inductances diminue en valeur absolue Le courant I(L 1) décroît linéairement et les courants I(L 2) et I(L 3) croissent également linéairement mais toujours avec une pente moitiée Suivant les positions réciproques des phases Phl, Ph 2 et Ph 3, il se développera entre les noeuds A,B et C des tensions tantôt positives tantôt négatives Le pont de diode assurant une tension toujours de même signe dans la charge, laissera passer le courant dans celle-ci au travers de trois diodes du pont. La figure 2 b montre le cas o ce courant parvient à la charge au travers des diodes Dl, D 4 et D 5 La valeur des tensions entre noeuds va dépendre du rapport de durée entre les deux temps de fonctionnement (égal à 1 dans le cas d'un rapport cyclique n égal à 0,5) ainsi que de la résistance de charge appliquée au montage Un équilibre sera atteint lorsque la somme des énergies emmagasinées dans les inductances sera égale à l'énergie absorbée par la charge Si les énergies emmagasinées sont suffisantes, la tension de sortie, au niveau de la charge Rch, sera alors pratiquement identique à la tension entre phases Si le rapport cyclique N est différent de 0,5, cette tension de sortie sera alors donnée par la formule: V(sortie) = V(entre phases)/n avec O valeur du courant continu I ch traversant la charge. La figure 3 a montre un exemple de réalisation préférentielle selon l'invention dans laquelle deux montages identiques du type de la figure 2 a sont associés Ils forment un premier et un second ensembles (voie 1 et voie 2) disposés en parallèle entre un réseau triphasé Phl, Ph 2 et Ph 3 et une charge Rch en parallèle, elle même, avec un condensateur tampon C Un inverseur 2 permet de délivrer au second ensemble le même signal que celui délivré par le circuit de commande 1 au premier, mais en opposition de phase. La figure 3 b montre la forme des signaux suivants en fonction du temps: tension continue (Vcont) délivrée par le cir- cuit de commande 1 présentant la forme de créneaux rectangulaires, courant moyen dans la phase 2 de la voie 1 (Imoyl Ph 2) présentant une forme triangulaire, courant moyen dans la phase 2 de la voie 2 (Imoy 2 Ph 2) présentant une forme triangulaire complémentaire de celle de la voie 1, somme des courants moyens de la phase 2 dans les voies 1 et 2 (Imoy VI + Imoy V 2). La figure 4 montre un autre exemple de réalisation selon l'invention Cette réalisation permet l'obtention de résultats analogues à ceux obtenus par le montage de la figure 2 a avec une structure légèrement différente En effet, les trois interrupteurs commandés SI à 53 du montage de la figure 3 a sont remplacés par quatre interrupteurs Sl-52 et 53-54, montés deux à deux tête-bêche entre deux phases, pour réaliser un montage en triangle de mise en court-circuit du point neutre Il est à noter que le choix des phases est indifférent, 1-3 et 2- 3 dans l'exemple de la figure 4, et qu'il n'est pas nécessaire de refermer le triangle pour réaliser le fonctionnement désiré Des diodes drain-source D 51 à D 54 sont montées en parallèle sur les interrupteurs Si à 54 qui peuvent être par exemple du type MOSFET ou IGBT. Le circuit de commande 1 du montage de la figure 2 a est remplacé par les circuits de commande séparés 1 I et 1 " qui permettent la commande simultanée des interrupteurs. La figure 5 montre encore un autre exemple de réalisation selon l'invention Les trois inductances sont remplacées par six inductances LI à L 6 reliées deux à deux par l'une de leurs extrémités à une phase du réseau alternatif triphasé Le pont de diodes hexaphasé qui permettait le redressement des signaux sans nécessité de référence fixe est remplacé par un redresseur simple alternance à six diodes (Dl à D 6) reliées à une borne de la charge Rch Le retour du courant aux phases s'effectue maintenant au travers des diodes Drain-Source D 51 à D 56 placées sur chaque interrupteur SI à 56. De tels montages trouvent avantageusement application en prérégulation de toute conversion d'énergie sur le réseau alternatif notamment 400 Hz triphasé Ainsi, dans le domaine des convertisseurs alternatif-continu de génération de sources basse tension ou bien encore celui des convertisseurs alternatifs- alternatifs. Bien entendu, il n'a été fait ici état que de quelques réalisations et l'homme de l'art pourra tout en restant dans le cadre de l'invention réaliser d'autres montages présentant les mêmes caractéristiques Des circuits redresseurs simple ou double alternance, des circuits à Thyristors pourront avantageusement être employés en remplacement des montages précédement décrits. REVENDICATIONS 1 Procédé pour atténuer l'effet du radioparasitage par conduction sur un réseau alternatif polyphasé, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) lissage du courant ligne circulant sur le réseau à l'aide d'au moins une inductance Li par phase, b) découpage en sortie de chaque inductance Li du courant lissé pour un commutateur Si, c) redressement du courant lissé découpé en sortie de chaque inductance Li par au moins un élément de redressement Di, l'ensemble desdits éléments Di formant un circuit redresseur alimentant une charge. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite étape de découpage consiste dans un premier temps à relier entre elles lesdites inductances Li et ainsi former sur ledit réseau alternatif une charge inductive montée en étoile, et dans un second temps à relier lesdites inductances Li avec lesdits éléments de redressement Di et ainsi assurer le passage du courant dans ladite charge, les premier et second temps étant fonction de la position desdits commutateurs Si imposée par un circuit de commande ( 1). 3 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que pour chaque phase d'un réseau alternatif, il comporte au moins une inductance Li dont l'une des deux extrémités est reliée à une phase dudit réseau alternatif, l'autre extrémité étant reliée, selon la position d'un commutateur Si imposée par un circuit de commande ( 1), tantôt à au moins un élément de redressement Di, tantôt aux inductances Li des autres phases, lesdits éléments de redressement formant un circuit redresseur alimentant une charge résistive Rch sur laquelle est placé en parallèle un condensateur tampon C. 4 Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit circuit de commande ( 1) impose à chacun desdits commutateurs Si dans un premier temps de relier entre elles lesdites inductances Li pour former sur ledit réseau alternatif une charge inductive montée en étoile et dans un second temps de relier lesdites inductances Li avec lesdits éléments de redressement Di pour assurer le passage du courant dans ladite charge résistive Rch sur laquelle est placée en parallèle ledit condensateur-tampon C. Dispositif selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce qu' il comporte une inductance Li par phase dudit réseau alternatif et en ce que ledit circuit redresseur est un montage en pont comportant deux éléments de redressement Di pour chacune desdites inductances Li. 6 Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4 caracté- risé en ce qu'il comporte deux inductances Li par phase dudit réseau alternatif et en ce que ledit circuit redresseur comporte un élément de redressement Di pour chacune desdites inductances Li. 7 Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4 caracté- risé en ce qu'il comporte deux ensembles identiques disposés en parallèle comportant chacun, une inductance Li par phase dudit ré- seau alternatif, ledit circuit redresseur étant un montage en pont comportant deux éléments de redressement Di pour chacune des- dites inductances Li de chaque ensemble et en ce que lesdits com- mutateurs Si d'un ensemble sont commandés simultanément mais en op- position de phase avec lesdits commutateurs Si de l'autre ensemble. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que lesdits commutateurs Si forment entre eux un montage en étoile dont chaque branche est reliée au point commun (A,B,C, D,E,F) existant entre chacune desdites inductances Li et au moins un élément de redressement Di. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que lesdits commutateurs Si forment entre eux un montage polygonal dont chaque branche relie entre eux deux des points communs (A,B,C,D,E,F) existant entre chacune desdites inductances Li et au moins un desdits éléments de redressement Di. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que ledit réseau alternatif est un réseau alternatif triphasé 400 Hz.