Brevet FR2937809A1 — publié le 20100430

Dispositif de conversion d'énergie électrique d'une alimentation alternative triphasée vers une sortie continue La présente invention concerne un dispositif de conversion d'énergie électrique d'une alimentation alternative triphasée vers une sortie continue, ayant une fonction de correction de facteur de puissance, comprenant une première, une deuxième et une troisième phase d'entrée. Les dispositifs PFC (circuits de correction de facteur de puissance) triphasés actuels utilisent un onduleur triphasé complexe. La présente invention vise à palier cet inconvénient en fournissant un dis- positif de conversion n'utilisant que des circuits simples du type Boost. A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un dispositif de conversion d'énergie électrique d'une alimentation alternative triphasée vers une sortie continue, comprenant une première, une deuxième et une troisième phase d'entrée ; caractérisé en ce que - la première phase est reliée, par l'intermédiaire d'une première diode connectée en sens direct, à l'entrée d'un premier circuit de type Boost et, par l'intermédiaire d'une deuxième diode connectée en sens direct, à l'entrée d'un deuxième circuit de type Boost ; - la deuxième phase est reliée, par l'intermédiaire d'une troisième diode connectée en sens direct, à l'entrée du premier circuit de type Boost et, par l'intermédiaire d'une quatrième diode connectée en sens direct, à l'entrée d'un troisième circuit de type Boost ; - la troisième phase est reliée, par l'intermédiaire d'une cinquième diode connectée en sens direct, à l'entrée du deuxième circuit de type Boost et, par l'intermédiaire d'une sixième diode connectée en sens direct, à l'entrée du troisième circuit de type Boost ; les sorties desdits premier, deuxième et troisième circuits de type Boost étant connectées à une borne d'un premier condensateur de sortie ; en ce que la première phase est reliée, par l'intermédiaire d'une septième diode connectée en sens inverse, à l'entrée d'un quatrième circuit de type Boost et, par l'intermédiaire d'une huitième diode connectée en sens in- verse, à l'entrée d'un cinquième circuit de type Boost ; - la deuxième phase est reliée, par l'intermédiaire d'une neuvième diode connectée en sens inverse, à l'entrée d'un sixième circuit de type Boost et, par l'intermédiaire d'une dixième diode connectée en sens inverse, à l'entrée du cinquième circuit de type Boost ; - la troisième phase est reliée, par l'intermédiaire d'une onzième diode connectée en sens inverse, à l'entrée du sixième circuit de type Boost et, par l'intermédiaire d'une douzième diode connectée en sens inverse, à l'entrée du quatrième circuit de type Boost ; les sorties desdits quatrième, cinquième et sixième circuits de type Boost étant connectées à une borne d'un deuxième condensateur de sortie ; et en ce que les autres bornes desdits premier et deuxième condensateurs de sortie sont reliées entre elles. Un point neutre d'entrée peut être connecté à la borne commune aux deux condensateurs de sortie. Dans un mode de réalisation particulier, au moins un desdits circuits de type Boost comporte un interrupteur commandé par un circuit de commande, un premier condensateur de sortie et une première inductance série d'entrée, une diode étant connectée en série avec ladite première inductance entre l'interrupteur commandé et le condensateur de sortie. Ledit interrupteur commandé peut être un transistor. Ledit interrupteur commandé peut également être formé d'un thyristor et d'une diode antiparallèle, des moyens étant prévus pour garantir l'annulation du courant dans le thyristor pendant un temps suffisant à l'ouverture de ce dernier. Plus particulièrement, lesdits moyens d'annulation du courant peuvent comprendre un circuit résonnant comportant une deuxième inductance série connectée entre ladite première inductance série et la diode série, et un deuxième condensateur connecté à la borne commune à ladite deuxième inductance série et à la diode série. Ladite deuxième inductance série peut en particulier être une inductance variable. L'invention a également pour objet un équipement électrique de puissance, comprenant au moins un dispositif de conversion tel que décrit ci-dessus. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un dispositif de conversion d'énergie électri- que selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma électrique d'un circuit Boost conventionnel susceptible d'être utilisé dans le dispositif de la figure 1 ; - la figure 3 est un schéma par blocs du circuit de commande de l'inter-rupteur de la figure 2 ; - la figure 4 est un schéma électrique d'un circuit Boost à thyristor ; - la figure 5 illustre le fonctionnement du circuit Boost de la figure 4 ; - la figure 6 représente l'évolution dans le temps de signaux relevés sur le dispositif de la figure 1. On voit à la figure 1 une alimentation triphasée fournissant trois tensions si- nusoïdales u, v et w déphasées de 120° comme représenté à la figure 6, et un neutre N. Les courants dans chaque phase sont respectivement iu, iv et iW. Les tensions u et v sont reliées à l'entrée d'un premier circuit Boost 101 par l'intermédiaire de deux diodes D1 et D3 respectivement, connectées en sens direct ; les tensions u et w sont reliées à l'entrée d'un deuxième circuit Boost 102 par l'intermédiaire de deux diodes D2 et D5 respectivement, connectées en sens direct ; et les tensions v et w sont reliées à l'entrée d'un troisième circuit Boost 103 par l'intermédiaire de deux diodes D4 et D6 respectivement, connectées en sens direct. De façon similaire, les tensions u et w sont reliées à l'entrée d'un quatrième circuit Boost 104 par l'intermédiaire de deux diodes D, et D12 respectivement, connectées en sens inverse ; les tensions u et v sont reliées à l'entrée d'un cin- quième circuit Boost 105 par l'intermédiaire de deux diodes D8 et D10 respective-ment, connectées en sens inverse ; et les tensions v et w sont reliées à l'entrée d'un sixième circuit Boost 106 par l'intermédiaire de deux diodes D9 et D11 respec- tivement, connectées en sens inverse. Les sorties des circuits 101, 102 et 103 sont reliées à une borne 110 d'un condensateur 111 dont l'autre borne 112 est reliée au neutre N de l'alimentation triphasée. La borne 110 est à la tension continue V~ par rapport au 0 de la borne 112. De même, les sorties des circuits 104, 105 et 106 sont reliées à une borne 120 d'un condensateur 121 dont l'autre borne est reliée au neutre N de l'alimentation triphasée, et donc à la borne 112 du condensateur 111. La borne 120 est à la tension continue V par rapport au 0 de la borne 112. iu, iv et iW étant les courants d'entrée, on veut qu'à chaque instant iu=k. u iä=k. v =k.w de par la fonction même du circuit, puisque la tension et l'intensité d'entrée de l'alimentation doivent être en phase ou, en d'autres termes, que la tension et l'intensité doivent être proportionnelles à chaque instant. Le bloc constitué par le circuit 101 et les diodes D1 et D3 réalise la fonction suivante : • si max (u, v, w)=u alors i1=(K+.u) /2 • si max (u, v, w)=v alors i1=(K+.v) /2 • si max (u, v, w)=w alors o si max (u, v, 0)=u alors i1=K(.0 o si max (u, v, 0)=v alors i1=K+.v o si max (u, v, 0)=0 alors i1=0 Les blocs constitués d'une part par le circuit 102 et les diodes D2 et D5, et d'autre part par le circuit 103 et les diodes D4 et D6, réalisent des fonctions qui s'en déduisent en permutant u, v et w. Pour les blocs correspondant aux circuits 104, 105 et 106, on inverse les signes de u, v et w et on change K+en K . En fait, K+et K sont sensiblement égaux. Les coefficients K+et K sont réglés de manière à obtenir les valeurs re- cherchées pour V-et V (valeurs de référence opposées). Par exemple, K+ est obtenu en appliquant la grandeur VùVréf à l'entrée d'un régulateur PID comme montré à la figure 3. On voit à la figure 2 un convertisseur de type Boost susceptible d'être utilisé comme circuit 101-106. On connaît l'utilisation de tels convertisseurs dans les ali- mentations à découpage. On voit sur la figure 2 le convertisseur Boost composé de façon connue d'une inductance série L1, d'un interrupteur commandé 2 et d'un condensateur de sortie C1. Une diode D est connectée en série avec l'inductance série L1. L'interrupteur 2 est commandé à l'aide d'un circuit de commande 3 décrit plus en détail en référence à la figure 3. Le circuit 3 reçoit en entrée les tensions u, v et w, la tension V (V ou V selon le cas) de sortie du circuit Boost, la tension de consigne Vref de sortie de ce même circuit, et le courant i dans le circuit Boost.. Le circuit 3 soustrait V de Vref de manière à obtenir l'erreur sur la tension de sortie. Cette erreur en tension est appliquée à un régulateur PID (Proportionnel Intégral Dérivé) 4 dont la sortie est multipliée par u, v ou w de manière à former la consigne d'intensité iref qui est donc constamment proportionnelle à u, de sorte que iref est en phase avec u. Cette intensité iref est soustraite de i pour obtenir l'erreur en intensité qui est elle-même appliquée à un régulateur PID 5 dont la sor- tie commande l'interrupteur 2 par l'intermédiaire de circuits non représentés appropriés à ce type d'interrupteur. La figure 4 représente une variante du circuit de la figure 2. Ce circuit comprend en premier lieu les mêmes composants que ceux de la figure 2, dans les-quels l'interrupteur commandé 2 est formé d'un thyristor 10 et d'une diode antipa- rallèle 11. Le circuit de commande du thyristor 10 (non représenté), est similaire au circuit de commande 3 de la figure 3 et comprend, en sortie du régulateur 5, un oscillateur contrôlé en tension 13 (VCO ou Voltage controlled oscillator) qui fournit les impulsions de commande du thyristor 10. On voit également sur la figure 4 que le circuit Boost de cette figure corn- prend en outre un circuit résonnant Lr, Cr disposé entre l'interrupteur 2 et la diode D de sorte que l'inductance Lr soit en série avec l'inductance L1 et que le conden- sateur Cr soit connecté au point commun à l'inductance Lr et à la diode D. Ce circuit oscillant est utilisé pour garantir au thyristor un temps suffisant pour son ouverture pour un courant maximum ILlmax dans l'inductance L1. En effet, la figure 5 montre les formes d'onde de l'intensité 'thyristor dans le thyristor, de l'intensité 'diode dans la diode D, et des intensités ILI et ILr dans les inductances L1 et Lr respectivement. La figure illustre le fait que le courant ILr dans l'inductance Lr est égal à la différence entre le courant ILI (pratiquement constant à l'échelle du phénomène) dans l'inductance L1 et le courant dans le thyristor (ou dans la diode D, selon le sens). Le temps 't de conduction de la diode D doit donc être supérieur au temps de recouvrement (de désamorçage) tq du thyristor, ce qui permet à l'homme de métier de dimensionner Lr et Cr en prenant tq=tgmax, valeur que prend le temps de recouvrement pour le courant ILI maximum. On constate toutefois que, lorsque le courant d'entrée ILI est faible, le courant du circuit résonnant est surdimensionné et donc que le rendement est mau- vais. On peut pallier cet inconvénient en utilisant pour l'inductance Lr une inductance variable, par exemple une inductance saturable réalisée de façon connue à l'aide de deux transformateurs dont les enroulements primaires sont en série, et dont les enroulements secondaires sont en opposition. On voit à la figure 6 le courant il, et on constate que ilmax est égal à la moi- tié du courant d'entrée crête dans u, v ou w. On a donc une puissance crête totale identique à celle que l'on obtiendrait avec trois circuits PFC monophasés de courant crête égal à deux fois imax, que l'on ne saurait toutefois connecter directement en parallèle en sortie. REVENDICATIONS1. Dispositif de conversion d'énergie électrique d'une alimentation alter-native triphasée vers une sortie continue, comprenant une première, une deuxième et une troisième phase d'entrée ; caractérisé en ce que - la première phase est reliée, par l'intermédiaire d'une première diode (Dl) connectée en sens direct, à l'entrée d'un premier circuit (101) de type Boost et, par l'intermédiaire d'une deuxième diode (D2) connectée en sens direct, à l'entrée d'un deuxième circuit (102) de type Boost ; - la deuxième phase est reliée, par l'intermédiaire d'une troisième diode (D3) connectée en sens direct, à l'entrée du premier circuit de type Boost et, par l'intermédiaire d'une quatrième diode (D4) connectée en sens direct, à l'entrée d'un troisième circuit (103) de type Boost ; - la troisième phase est reliée, par l'intermédiaire d'une cinquième diode (D5) connectée en sens direct, à l'entrée du deuxième circuit de type Boost et, par l'intermédiaire d'une sixième diode (D6) connectée en sens direct, à l'entrée du troisième circuit de type Boost ; les sorties desdits premier, deuxième et troisième circuits de type Boost étant connectées à une borne (110) d'un premier condensateur de sortie (111) ; en ce que - la première phase est reliée, par l'intermédiaire d'une septième diode (D7) connectée en sens inverse, à l'entrée d'un quatrième circuit (104) de type Boost et, par l'intermédiaire d'une huitième diode (D8) connectée en sens inverse, à l'entrée d'un cinquième circuit (105) de type Boost ; - la deuxième phase est reliée, par l'intermédiaire d'une neuvième diode (D9) connectée en sens inverse, à l'entrée d'un sixième circuit (106) de type Boost et, par l'intermédiaire d'une dixième diode (D10) connectée en sens inverse, à l'entrée du cinquième circuit de type Boost ; - la troisième phase est reliée, par l'intermédiaire d'une onzième diode (D11) connectée en sens inverse, à l'entrée du sixième circuit de type Boost et, par l'intermédiaire d'une douzième diode (D12) connectée en sens inverse, à l'entrée du quatrième circuit de type Boost ;les sorties desdits quatrième, cinquième et sixième circuits de type Boost étant connectées à une borne (120) d'un deuxième condensateur de sortie (121) ; et en ce que les autres bornes desdits premier et deuxième condensateurs de sortie sont re- liées entre elles. 2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant un point neutre d'entrée (N) connecté à la borne commune aux deux condensateurs de sortie. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans le-quel au moins un desdits circuits de type Boost comporte un interrupteur (2) corn- mandé par un circuit de commande, (3), un premier condensateur de sortie (C1) et une première inductance série d'entrée (L1) une diode (D) étant connectée en série avec ladite première inductance entre l'interrupteur commandé et le condensateur de sortie. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit interrupteur corn- mandé est un transistor. 5. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel ledit interrupteur commandé est formé d'un thyristor (10) et d'une diode antiparallèle (11), des moyens étant prévus pour garantir l'annulation du courant dans le thyristor pendant un temps suffisant à l'ouverture de ce dernier. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel lesdits moyens d'annu- lation du courant comprennent un circuit résonnant (Lr, Cr) comportant une deuxième inductance série (Lr) connectée entre ladite première inductance série et la diode série, et un deuxième condensateur (Cr) connecté à la borne commune à ladite deuxième inductance série et à la diode série. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel ladite deuxième induc- tance série est une inductance variable. 8. Equipement électrique de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.