Brevet FR2823058A1 — publié le 20021004

Amélioration aux dispositifs d'alimentation électrique sauvegardée ---------------- La présente invention est relative à des améliorations apportées aux dispositifs d'alimentation électrique sauvegardée. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication d'alimentations sauvegardées pour des équipements isolés de télécommunication. La présente invention est plus particulièrement relative aux appareils qui comportent un convertisseur électrique alternatif/ alternatif permettant d'alimenter, sous une tension alternative réduite (généralement 48 ou 63 volts), des équipements de télécommunication, à partir d'une tension alternative (115 ou 230 volts typiquement) délivrée par une source (réseau ou groupe électrogène), et qui comportent en outre un convertisseur alternatif/continu permettant de charger une ou plusieurs batterie (s) externes à l'appareil, ainsi qu'un convertisseur continu 1 alternatif permettant d'alimenter les équipements de télécommunication à partir des batteries, sans interruption (en sortie), lorsque la source est déficiente. De tels appareils comportent généralement, disposés à l'intérieur d'un boîtier ou coffret, un transformateur à trois (ou quatre) enroulements, un convertisseur alternatif/continu et continu/alternatif à semi-conducteurs, des circuits électroniques de mesure, contrôle et pilotage des éléments de l'appareil, des interfaces de signalisation et de commande locale, et des dispositifs de protection de l'entrée et des sorties tels que fusibles et/ou disjoncteurs. Ces appareils sont fréquemment montés dans une armoire non abritée, par exemple sur un trottoir ; ils sont par conséquent soumis à des contraintes thermiques importantes dues aux variations des conditions climatiques et d'ensoleillement ; à ces contraintes s'ajoutent celles résultant de la nécessité de dissiper à l'extérieur du coffret la chaleur dégagée par les composants de l'appareil. Il existe en outre une demande pour rendre ces appareils compacts, et plus faciles à installer et à entretenir. La présente invention a pour objet de proposer un nouvel appareil de ce type qui réponde au mieux à ces contingences parfois contradictoires. Un objectif de l'invention est de proposer une telle alimentation qui soit améliorée et qui remédie, en partie au moins, aux inconvénients des alimentations de ce type. Selon un premier aspect, l'invention consiste à proposer un tel appareil dont le boîtier comporte deux panneaux d'encombrement identique de façon à être mécaniquement interchangeables, l'un des panneaux recevant au moins un organe de dialogue homme-machine (tel qu'un clavier et/ou un afficheur), ou un organe de signalisation (voyant lumineux) ou de contrôle-commande (bouton) : cela permet d'utiliser le même appareil dans au moins deux configurations distinctes d'installation, notamment à l'intérieur d'une armoire. De préférence, un premier desdits panneaux interchangeables est perforé d'une pluralité d'orifices de refroidissement et est disposé sur une première face dudit boîtier, et un deuxième desdits panneaux interchangeables est percé d'orifices de passage et/ou de fixation d'un (ou plusieurs) organe (s) de dialogue, signalisation ou commande, et est disposé sur une deuxième face dudit boîtier. Ceci permet d'installer l'appareil selon deux orientations différentes, en permettant un accès facile aux organes de dialogue par un utilisateur, tout en favorisant dans les deux orientations la dissipation par convection de la chaleur dégagée par les composants de l'appareil ; cela permet en particulier de fixer l'appareil à un support vertical (montage mural) dans une position où une grande face (ou fond) du boîtier est verticale, ou bien de le fixer dans une armoire (ou rack) dans une position où ladite grande face du boîtier est horizontale ; à cet effet, le boîtier est de préférence muni de premiers moyens de fixation d'une (ou plusieurs) première (s) patte (s) de fixation du boîtier en position horizontale, ainsi que de deuxièmes moyens de fixation d'une (ou plusieurs) deuxième (s) patte (s) de fixation du boîtier en position verticale. Selon un autre aspect, l'invention consiste à proposer un tel appareil dont le boîtier comporte au moins deux portions de panneau disposées sur deux faces distinctes du boîtier et qui sont aptes à recevoir un (et de préférence plusieurs) connecteur (s) ou autre (s) moyen (s) de liaison mécanique de câbles électriques au boîtier, tel qu'un presse-étoupe, afin de permettre le raccordement (par des câbles) des équipements de télécommunication à alimenter, par l'une ou l'autre desdites faces ; ceci facilite l'installation et la maintenance de l'appareil dans plusieurs configurations différentes de montage et de raccordement électrique : ceci permet également d'éviter de soumettre les câbles de raccordement et/ou les connecteurs à des contraintes mécaniques élevées, notamment celles occasionnées par la courbure des câbles. De préférence à cet effet, le boîtier comporte un panier formant une paroi de fond ainsi qu'au moins deux portions de parois opposéesdites frontale et dorsale-dans chacune desquelles est ménagée une fenêtre ou encoche de forme allongée qui, pour l'une, est obturée par une plaque recevant plusieurs connecteurs ou presse-étoupe, et qui, pour l'autre fenêtre, est obturée par une plaque borgne, lesdites deux plaques ayant des dimensions extérieures sensiblement identiques pour être mécaniquement interchangeables. Ceci permet de monter la plaque portant les connecteurs de raccordement électrique de l'appareil, sur l'une ou l'autre des portions de parois du boîtier. Ceci permet également d'utiliser un panier identique, quelle que soit la position de montage, le nombre de connecteurs (d'entrée et de sortie) et le type de ces connecteurs ; il suffit de prévoir une plaque adaptée à chaque situation, ce qui est moins coûteux. Selon un autre aspect, l'invention consiste en un tel appareil dont le boîtier comporte une paroi-dite fond-de forme rectangulaire, qui est pliée ou nervurée (ou soudée) le long d'au moins deux de ses bords consécutifs, et qui reçoit un transformateur-de puissance-faisant partie d'un desdits convertisseurs ; cela permet de rigidifier le boîtier et par conséquent de limiter les vibrations produites par le transformateur ; notamment lorsque le transformateur est ferrorésonnant et est par conséquent une source importante de vibrations, il est préférable de réaliser la paroi de fond le recevant à partir d'une feuille métallique épaisse, en particulier une feuille d'aluminium, afin de réduire les vibrations et bruits engendrés par le transformateur ; de préférence la paroi de fond est alors pliée le long de ses quatre côtés pour former une seule pièce-appelée panier-comportant quatre parois latérales parallèles deux à deux ; l'utilisation de parois d'épaisseur au moins égale à 1 ou 2 millimètres favorise en outre, grâce aux échanges par conduction thermique dans cette pièce, le refroidissement des composants. Ce refroidissement est également amélioré lorsqu'au moins une (de préférence deux ou trois) des parois ou panneaux du boîtier est (sont) perforée (s) de multiples orifices, de façon à obtenir une surface perforée représentant au moins 50 % de la surface frontale desdit (e) s parois ou panneaux ; il a en effet été constaté que de façon surprenante il est ainsi possible pour certaines applications d'éviter l'usage d'un ventilateur de refroidissement ; ce phénomène pourrait être dû à des échanges thermiques directs par rayonnement (entre les composants et le milieu extérieur au boîtier) autorisés par cette importante surface perforée. Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, le boîtier comporte un panneau muni de fixations actionnables manuellement, permettant le contrôle et l'échange, par un utilisateur dénué d'outils, de composants amovibles de l'appareil, en particulier un parasurtenseur débrochable. L'invention s'applique en particulier aux alimentations sauvegardées par des batteries externes, dont la puissance est de l'ordre de 0,3 kw à 2 ou 3 kw, et dont le rendement est de l'ordre de 0,8 à 0,9. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaissent dans la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation de l'invention. La figure 1 est un schéma synoptique des principaux sousensembles et composants électriques et électroniques d'un appareil selon l'invention. La figure 2 est une vue en perspective schématique illustrant l'implantation dans un panier du boîtier, des sous-ensembles et composants électriques et électroniques d'un appareil selon l'invention, configuré pour être monté dans un rack, dans une position où le fond du panier est horizontal, et dont les connecteurs de sortie sont disposés en face avant. La figure 3 est une vue en perspective du panier du boîtier de l'appareil des figures 2,4 et 5. La figure 4 illustre en perspective l'appareil d'alimentation sauvegardée de la figure 2, équipé de son panneau frontal recevant des organes d'interface homme-machine, du panneau supérieur et du panneau dorsal. La figure 5 illustre en perspective l'appareil de la figure 2 modifié pour un montage mural et pour un raccordement des sorties sur un panneau latéral du boîtier. Les figures 6 et 7 illustrent respectivement en vue en plan (frontale) chacun des deux panneaux interchangeables : un panneau perforé (figure 6) et un panneau (figure 7) recevant des organes d'interface homme-machine. La figure 8 illustre en perspective un panneau coudé muni d'organes de fixation au panier du boîtier permettant sa solidarisation sans outil. Par référence aux figures 1 et 2, l'appareil 1 est équipé de connecteurs permettant son raccordement électrique : un passe-fil 2 pour son raccordement (en entrée) au réseau (secteur 230 volts), quatre connecteurs 3 pour son raccordement respectif (en sortie) à quatre équipements de télécommunication à alimenter en basse tension, un connecteur 4 pour son raccordement à un superviseur éloigné de l'appareil, deux connecteurs unipolaires pour son raccordement respectif aux pôles positif et négatif de batteries 6 situées à faible distance de l'appareil, et un connecteur 7 pour son raccordement à une sonde 8 de mesure de température et de mesure individuelle de la tension de chaque batterie, qui est disposée dans le compartiment recevant les batteries. Dans les différentes réalisations illustrées figures 2 à 5, les connecteurs 2,4, 5 et 7 sont regroupés et solidarisés à une portion 9 de paroi frontale du boîtier 10, qui est intégrée au panier 11 (figure 3) ; les connecteurs 3 de sortie sont soit solidarisés à cette portion de paroi 9 (figures 2 et 4), soit solidarisés à une paroi latérale 12 du panier 11 (figure 5). Le dispositif 1 d'alimentation convertie et sauvegardée comporte un convertisseur alternatif 1 alternatif abaisseur de tension qui incorpore un enroulement primaire 13 du transformateur 14 ferrorésonnant et un enroulement secondaire 15 de ce transformateur. L'enroulement 13 est relié au secteur (IN) par l'intermédiaire de différents dispositifs connectés en série : un fusible 16, un dispositif 17 de protection contre les surtensions, en particulier contre la foudre, un relais 18 raccordé aux circuits 19 de contrôle et de commande de l'appareil, et un dispositif 20 de filtrage et de limitation du courant en entrée lors de la mise sous tension de l'appareil. L'enroulement 15 est relié aux équipements à alimenter par quatre fusibles 22 respectivement associés aux quatre sorties. Le dispositif 1 comporte en outre un convertisseur alternatif/ continu réversible (en continu/alternatif) qui incorpore un deuxième enroulement secondaire 23 du transformateur 14, ainsi qu'un redresseur-hâcheur 24 à semi-conducteurs (raccordés pour former un pont en H) qui est commandé par les circuits 19. Le transformateur 14 comporte un quatrième enroulement 25 raccordé à un condensateur 26 pour former un circuit résonnant. En fonctionnement normal, l'énergie du réseau (IN) est transmise directement aux sorties (OUT) par l'intermédiaire des enroulements 13 et 15 assurant la diminution de tension souhaitée ; en tant que de besoin, une partie de l'énergie circulant dans le primaire est transmise au pont 24 redresseur par l'enroulement 23 pour provoquer la charge des batteries 6 sous le contrôle des circuits 19. En fonctionnement secouru, les circuits 19 isolent l'entrée par l'ouverture du relais 18 et commandent le fonctionnement du hâcheur 24 pour transformer l'énergie emmagasinée dans les batteries sous forme d'une tension alternative délivrée aux sorties 3 par l'intermédiaire du couplage des enroulements 23 et 15. Comme illustré figure 2, l'essentiel de l'espace du boîtier 10 est occupé par le transformateur 14 et, dans une moindre mesure, par le condensateur 26, les semi-conducteurs 24 et leur radiateur ainsi que par les organes de coupure et de protection tels qu'un parasurtenseur 17. Par ailleurs, les pertes dans le transformateur et les semiconducteurs produisent un dégagement de chaleur important puisque le flux thermique à évacuer du boîtier peut atteindre 150 watts pour un appareil de 1000 watts de puissance. Le boîtier 10 (figures 4,5) comporte trois panneaux 27 à 29, respectivement illustrés figures 6 à 8, qui sont fixés au panier 11 (figure 3) de façon à former une enveloppe de forme parallélépipédique rectangle protégeant les éléments illustrés figures 1 et 2. Ces trois panneaux sont réalisés par découpe et pliage à partir d'une feuille d'aluminium de 1 à 2 millimètres d'épaisseur, tandis que le panier 11 est réalisé de la même façon à partir d'une feuille plus épaisse. Les panneaux 27 et 28 sont de forme rectangulaire, de largeur 30 identique et de longueur 31 identique ; le panneau 28 est percé d'orifices 470,220 permettant respectivement le passage d'un voyant 47 de signalisation de l'état du parasurtenseur et l'accès aux fusibles 22. Le panneau 29 est de forme rectangulaire coudée à 900 et forme une partie de la face supérieure du boîtier ainsi qu'une partie de la face arrière (dorsale) du boîtier (figures 4,5) ; ce panneau est rendu solidaire du panier 11 par deux loquets 32 (ou pênes) coulissant manuellement et s'engageant dans deux ouvertures 33 (ou gâches) respectivement prévues dans les deux parois latérales opposées 12 et 34 du panier (figure 3). Chacune des parois 12,34 comporte deux orifices 35 disposés le long de leur bord supérieur ainsi que deux orifices 36 disposés le long de leur bord frontal ; l'espacement 37 des orifices 35 est identique à celui (repéré 38) des orifices 36 et correspond également à celui d'orifices prévus sur les plis latéraux des panneaux 27,28 afin de permettre leur fixation au panier par des vis 39, indifféremment dans l'une ou l'autre des positions illustrées figures 4 et 5. La largeur 40 et la longueur 41 de la partie centrale 42 perforée du panneau 27 sont choisies de façon à ce que la surface perforée représente au moins la moitié de la surface frontale du panneau. Le boîtier illustré figure 4 est fixé dans une armoire par deux pattes 43 en forme d'équerres vissées (en 44) aux parois 12 et 34 du panier, dans une position où le fond 45 du panier 11 est horizontal et où le panneau 28 recevant un afficheur 1 clavier 46, des voyants 47 de signalisation et des boutons, est vertical et en position frontale, audessus de la portion 9 de paroi recevant les connecteurs. Dans l'autre position de montage illustrée figure 5, le boîtier est fixé à un support vertical par deux pattes planes 49, de sorte que le fond du panier et le panneau 28 soient parallèles et verticaux ; dans cette configuration, la fenêtre allongée 50 prévue dans la paroi latérale 12 est obturée par une plaque 51 à laquelle sont fixés les quatre connecteurs 3 ; une deuxième fenêtre allongée 52 prévue sur la portion 9 de paroi frontale du panier 11 (figure 3) est obturée par une plaque borgne ; ces plaques sont inversées dans la configuration de la figure 4. Une troisième fenêtre allongée 54 de mêmes formes et dimensions que les précédentes est prévue dans la portion 53 de paroi opposée (et parallèle) à la portion 9, afin de permettre un raccordement des sorties sur la face arrière du coffret. Selon les besoins, on peut donc équiper une ou plusieurs des fenêtres 50,52, 54 d'une plaque supportant un ou plusieurs connecteurs. REVENDICATIONS 1. Appareil (1) d'alimentation électrique sauvegardée par batterie (6), qui comporte un convertisseur à transformateur (14) et un convertisseur (24) à semi-conducteurs qui sont disposés à l'intérieur d'un boîtier (10), caractérisé en ce que le boîtier comporte deux panneaux (27,28) mécaniquement interchangeables dont l'un reçoit un organe de dialogue, de signalisation ou de commande (46,47). 2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel un premier (27) desdits panneaux interchangeables est perforé d'une pluralité d'orifices de refroidissement et est disposé sur une première face dudit boîtier, et dans lequel un deuxième (28) desdits panneaux interchangeables est percé d'orifices de passage et/ou de fixation d'un ou plusieurs organe (s) de dialogue, signalisation ou commande, et est disposé sur une deuxième face dudit boîtier, ledit appareil pouvant être installé en position horizontale ou en position verticale. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le boîtier est muni de premiers moyens (44) de fixation d'une ou plusieurs premières pattes (43) de fixation du boîtier en position horizontale, ainsi que de deuxièmes moyens de fixation d'une ou plusieurs deuxième (s) patte (s) (49) de fixation du boîtier en position verticale. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le boîtier comporte au moins deux portions de panneau (9, 12,53) disposées sur deux faces distinctes du boîtier et qui sont aptes à recevoir un et de préférence plusieurs connecteurs (3) ou autres moyens de liaison mécanique de câbles électriques au boîtier. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le boîtier comporte un panier (11) formant une paroi de fond (45) ainsi qu'au moins deux portions de parois latérales (12), frontale ou dorsale- (9,53) dans chacune desquelles est ménagée une encoche ou fenêtre (50,52, 54) de forme allongée qui, pour l'une au moins, est obturée par une plaque (51) recevant un ou plusieurs connecteur (s) (3) ou presse-étoupe, et qui, pour l'autre fenêtre, est obturée par une plaque borgne, lesdites plaques ayant des dimensions extérieures sensiblement identiques pour être mécaniquement interchangeables. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le boîtier comporte une paroi de fond (45) de forme rectangulaire, qui est pliée ou nervurée le long d'au moins deux de ses bords et qui reçoit ledit transformateur (14). 7. Appareil selon la revendication 6, dans lequel la paroi de fond est pliée le long de ses quatre côtés pour former un panier comportant quatre parois latérales parallèles deux à deux. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel la paroi (45) de fond est réalisée à partir d'une feuille métallique d'épaisseur au moins égale à 1 millimètre. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le boîtier comporte un panneau muni de fixations (32) actionnables manuellement, permettant le contrôle et l'échange, par un utilisateur dénué d'outils, de composants amovibles (17) de l'appareil. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel au moins une des parois du boîtier est perforée de multiples orifices, de façon à obtenir une surface (42) perforée représentant au moins 50 % de la surface frontale de ladite paroi.