Brevet FR2936112A1 — publié le 20100319

DISPOSITIF CONVERTISSEUR ET ALIMENTATION SANS INTERRUPTION EQUIPEE DUDIT DISPOSITIF DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention relève du domaine des ponts redresseurs, en particulier ceux utilisés dans les alimentations sans interruption de forte puissance, c'est-à-dire dont la puissance est généralement comprise entre environ 100 et 500 KVA. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif convertisseur pour alimentation sans interruption permettant de convertir une tension d'entrée alternative appliquée sur une entrée réseau dudit dispositif en deux tensions de sortie sensiblement continues, de signes opposés, et disponibles sur des lignes de sortie dudit dispositif, ledit dispositif convertisseur comprenant une première et une seconde branche connectées à ladite entrée réseau et permettant de prélever un courant de branche lors des alternances respectivement positive et négative de la tension d'entrée, la première et la seconde branche étant équipées de thyristors commandés par l'entremise de moyens de commande pour contrôler lesdits courants de branche pendant des phases transitoires, ledit dispositif convertisseur comprenant en outre des moyens inductifs permettant une adaptation d'impédance, ainsi qu'un premier et un second circuit hacheur de type élévateur connectés respectivement à la première et à la seconde branche, et permettant de fournir les tensions de sortie. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Un circuit convertisseur AC/DC selon l'art antérieur est représenté à la figure 1. Ce dispositif convertisseur 1 comporte une entrée réseau 2 sur laquelle est appliquée une tension d'entrée VE alternative, généralement sinusoïdale, et deux sorties référencées 4 et 5 permettant de fournir une tension de sortie positive VSP et ur.e tension de sortie négative VSN. Ces tensions de sorties sont généralement sensiblement continues et les deux sorties 4, 5 sont connectées à des condensateurs Cl, C2 permettant une accumulation d'énergie électrique. Une première branche 7 du circuit convertisseur connectée à :'entrée réseau 2 permet de prélever un courant de branche IP lors des alternances positives de la tension d'entrée VE. De la même façon, une seconde branche 10 connectée à l'entrée réseau 2 permet de prélever un courant de branche IN lors des alternances négatives de la tension d'entrée VE. Chacune des deux branches 7, 10 est équipée d'un thyristor TH 1, TH2 commandé par des moyens de commande 13 permettant de contrôler ledit courant de branche IP, IN. Chacune des branches 7, 10 est connectée à un circuit hacheur de type élévateur afin de fournir les tensions de sortie VSP, VSN. Chaque circuit hacheur comprend une entrée d'alimentation 21, 22 connectée à la première ou à la seconde branche 7, 10, des diodes Dl, D2 connectées à ladite entrée d'alimentation 21, 22 et des transistors T1, T2 connectés à ladite entrée d'alimentation 21, 22. Dans le dispositif convertisseur de la figure 1, les semi-conducteurs de puissance, c'est à dire les thyristors TH1, TH2, les diodes Dl, D2 et les transistors T1, T2, sont montés dans deux boitiers 31, 32 séparés Chacune des branches 7, 10 est équipé d'une inductance LI, L2 permettant de réaliser une adaptation d'impédance entre l'entrée réseau 2 et la sortie 4, 5 associée à ladite entrée. Ces inductances ont des valeurs adaptées par rapport à la fréquence de découpage des impulsions de commande appliquées sur les transistors T1, T2. Un inconvénient du montage de l'art antérieur est qu'il ne permet pas une utilisation optimisée des composants de puissance, notamment en termes d'intégration et de consommation d'énergie. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à remédier aux inconvénients des dispositifs convertisseurs de l'art antérieur en proposant un dispositif convertisseur pour alimentation sans interruption permettant de convertir une tension d'entrée alternative appliquée sur une entrée réseau dudit dispositif en deux tensions de sortie sensiblement continues, de signes opposés, et disponibles sur des lignes de sortie dudit dispositif, ledit dispositif convertisseur comprenant une première et une seconde branche connectées à ladite entrée réseau et permettant de prélever un courant de branche lors des alternances respectivement positive et négative de la tension d'entrée, la première et la seconde branche étant équipées de thyristors commandés par l'entremise de moyens de commande pour contrôler lesdits courants de branche pendant des phases transitoires, ledit dispositif convertisseur comprenant en outre des moyens inductifs permettant une adaptation d'impédance, ainsi qu'un premier et un second circuit hacheur de type élévateur connectés respectivement à la première et à la seconde branche, et permettant de fournir les tensions de sortie, ledit dispositif convertisseur étant caractérisé en ce que lesdits moyens inductifs sont disposés entre l'entrée réseau et un point d'entrée des dites branches. De préférence, les moyens inductifs sont essentiellement constitués par une inductance. Selon un mode de réalisation, les moyens de commande comportent un module de démarrage et des sorties de commande connectées audit module pour fournir aux thyristors, pendant une durée prédéterminée, des signaux de commande présentant des angles de retard à l'amorçage variable dans le temps. L'angle de retard à l'amorçage peut être variable linéairement dans le temps. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de commande comportent un module de démarrage, une entrée de contrôle d'un signal représentatif (l'un courant d'entrée réseau connectés audit module et des sorties de commande connectées audit module pour fournir aux thyristors, pendant une durée prédéterminée, des signaux de commande présentant des angles de retard à l'amorçage variables selon une fonction dudit courant d'entrée réseau. De préférence, chaque circuit hacheur comprend une entrée d'alimentation connectée à la première ou à la seconde branche, des moyens redresseurs connectés à ladite entrée d'alimentation pour fournir la tension de sortie sur la ligne de sortie associée au dit circuit, et des moyens de commutation connectés à ladite entrée d'alimentation. De préférence, chaque circuit hacheur comprend, en outre, un circuit d'aide à la commutation disposé entre l'entrée d'alimentation dudit circuit et la ligne de sortie associée audit circuit pour établir, avant un amorçage principal des moyens de commutation, une tension de commutation aux bornes des moyens de commutation sensiblement égale à zéro. Avantageusement, le circuit d'aide à la commutation de chaque circuit hacheur comprend, en outre, des seconds moyens inductifs, des moyens de dérivation du courant de branche pour établir une dérivation dudit courant sur lesdits seconds moyens inductifs avant l'amorçage principal, et des moyens d'accumulation d'énergie montés en parallèle sur lesdits moyens de commutation pour établir une résonance dudit courant dans lesdits seconds moyens inductifs avant l'amorçage principal. De préférence, le dispositif convertisseur est conçu pour un fonctionnement unidirectionnel. L'invention concerne également, une alimentation sans interruption comprenant une entrée réseau sur laquelle est appliquée une tension d'entrée alternative, un redresseur connecté à ladite entrée réseau, des moyens d'accumulation d'énergie connectés audit redresseur, un onduleur connecté audits moyens d'accumulation d'énergie comportant une sortie réseau pour fournir une tension alternative sécurisée, ladite alimentation étant caractérisée en ce que le redresseur est un dispositif convertisseur tel que décrit précédemment comportant des lignes de sortie auxquels sont connectés lesdits moyens d'accumulation d'énergie. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés dans les figures annexées. La figure 1 représente un dispositif convertisseur selon l'art antérieur. La figure 2 représente un dispositif convertisseur selon l'invention. La figure 3 représente un dispositif convertisseur selon l'invention pourvu d'un circuit d'aide à la commutation. La figure 4 représente une alimentation sans interruption selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE RÉALISATION En référence à la figure 2, le dispositif convertisseur 41 comporte des composants déjà décrits précédemment et pour lesquels les signes de référence (le la figure 1 ont été repris. En particulier, le dispositif convertisseur 41 comporte une entrée réseau 2 sur laquelle est appliquée une tension d'entrée alternative VE généralement sinusoïdale, et des lignes de sortie 4, 5 permettant de fournir deux tensions de sortie VSP, VSN sensiblement continues et de signes opposés. Des condensateurs Cl, C2 sont disposés entre les lignes de sortie 4, 5 et une référence de tension. Le dispositif convertisseur comprend une première et une seconde branche 7, 10 connectées à l'entrée réseau 2 et permettant de prélever un courant de branche IP, IN lors des alternances respectivement positive et négative de la tension d'entrée VE. Sur chacune des branches est monté un thyristor TH1, TH2 commandé par l'entremise de moyens de commande 13. Les moyens de commande 13 permettent de contrôler les courants de branche IP, IN circulant dans les branches 7, 10, en particulier pendant les phases transitoires, notamment lors du démarrage. Plus précisément, chaque thyristor TH1, TH2 comporte une entrée de commande ou gâchette connectée à une sortie de commande 43, 44 des moyens de commande 13. Pour simplifier les représentations des figures 1 et 2, seul un conducteur pour chaque gâchette desdits thyristors a été représenté. La commande de chaque thyristor TH1, TH2 est réalisée en envoyant dans la gâchette dudit thyristor, via les sorties de commande 43, 44, un courant de gâchette présentant des angles de retard à l'amorçage prédéterminés. L'angle de retard à l'amorçage correspond à une durée entre le début de l'amorçage du thyristor lors de l'alternance positive ou négative, en fonction de la branche sur laquelle le thyristor est disposé, et la fin de cette alternance. L'angle de retard à l'amorçage est défini par rapport à une origine correspondant à la fin de l'alternance positive ou négative, en fonction de la branche sur laquelle le thyristor est disposé. Cet angle peut avoir une valeur comprise en 0 et 180 degrés, se qui autorise un amorçage du thyristor pendant toute la durée de l'alternance. A titre d'exemple, lorsque l'angle de retard à l'amorçage appliqué à un thyristor est égal à 180 degrés, le thyristor est amorcé pendant l'ensemble de l'alternance, ce qui correspond au fonctionnement d'une diode. Les thyristors TH1, TH2 permettent entre autres de contrôler :.e courant de branche IP, IN lors des phases transitoires, notamment lors de la mise sous tension du dispositif convertisseur. Pour cela, les moyens de commandes 13 comportent un module de démarrage 46 et des sorties de commande 43, 44 connectées au dit module. Le module de démarrage 46 est conçu pour fournir, pendant une durée prédéterminée, des signaux de commande présentant des angles de retard à l'amorçage variables selon une fonction du temps prédéterminée, c'est-à-dire présentant des impulsions dont les instants et la durée sont variables selon cette fonction prédéterminée. La fonction de variation de l'angle de retard à l'amorçage est généralement adaptée, en fonction des éléments de filtrage et des caractéristiques du réseau, pour que le courant de branche ne dépasse pas une limite fixée par un cahier des charges. Par exemple, l'angle de retard à l'amorçage peut être variable linéairement dans le temps. Cette variation peut également être non linéaire ou discrète. Grâce au module de démarrage 46 des moyens de commande 13, une charge préalable des condensateurs Cl, C2 peut être obtenue, ce qui permet de limiter le courant d'appel à la mise sous tension. Les moyens de commande 13 peuvent optionnellement comporter une entrée de contrôle 48 d'un signal représentatif d'un courant d'entrée réseau, ladite entrée étant connectée au module de démarrage 46. Comme cela est représenté à la figure 2, l'entrée de contrôle 48 est connectée à un capteur de courant 50. Dans ce cas, les signaux de commande des thyristors TH1, TH2 présentent des angles de retard à l'amorçage variables selon une fonction dudit courant d'entrée réseau. Cette configuration permet une meilleure régulation du courant de branche IP, IN et une meilleure optimisation de a durée de démarrage. La variation de l'angle de retard à l'amorçage peut se produire pendant toute la durée de la phase transitoire. A la fin de la phase transitoire, c'est-à-dire en régime permanent, les impulsions des signaux de commande des thyristors TH1, TH2 présentent généralement une durée correspondant à un angle de retard à l'amorçage de 180 degrés. En régime permanent, les thyristors TH1, TH2 se comportent donc comme des diodes. Lorsque le dispositif convertisseur est mis en oeuvre dans une alimentation sans interruption, il est important de pouvoir effectuer un transfert de la charge d'un réseau perturbé vers une batterie, et ceci le plus rapidement possible pour éviter toute perturbation de la charge. L'utilisation de thyristors TH1, TH2 permet cle déconnecter le dispositif convertisseur quand, par exemple, la tension d'entrée sur l'entrée réseau 2 est perturbée ou en dehors des tolérances généralement admises. Pour cela, il suffit de stopper les impulsions d'amorçage des thyristors TH1, TH2. L'arrêt des impulsions de commande des thyristors TH1, TH2 et des transistors Ti, T2 garantie généralement une décroissance naturelle et rapide du courant dans l'inductance L et dans les thyristors TH1, TH2. Cette décroissance du courant est répercutée dans la diode Dl, D2 du circuit hacheur, et ceci sans aucune action. Le passage par zéro des courants de branche IP, IN entraîne le blocage des thyristors. En général, cette décroissance du courant dépend essentiellement de la valeur instantanée de la tension d'entrée VE, de la tension de sortie VS et de la valeur de l'inductance L. L'utilisation de thyristors, permet une déconnection rapide du réseau. Cette déconnexion est généralement environ 10 à 20 fois plus rapide par rapport à des dispositifs électromécaniques utilisant des contacteurs de puissance. Le dispositif convertisseur comporte, en outre, un premier et un second circuit hacheur 55, 56 de type élévateur connectés respectivement à la première et à la seconde branche 7, 10 et permettant de fournir les tensions de sortie VSP, VSN. Chaque circuit hacheur comprend une entrée d'alimentation 21, 22 connectée à la première ou à la seconde branche 7, 10, des moyens redresseurs connectés à ladite entrée d'alimentation 21, 22 pour fournir les tensions de sortie VSP, VSN, et des moyens de commutation connectés à ladite entrée d'alimentation 21, 22. Les moyens redresseurs de chaque circuit hacheur comportent généralement une diode Dl, D2. Les moyens de commutation de chaque circuit hacheur comportent généralement un transistor T1, T2, le plus souvent de type IGBT. Le dispositif convertisseur comporte des moyens inductifs. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, ces moyens inductifs sont essentiellement constitués par une inductance L disposée entre l'entrée réseau et le point d'entrée 8 des branches 7, 10. Cette inductance permet une adaptation d'impédance entre l'entrée réseau 2 et les lignes de sortie 4, 5. La valeur de cette inductance L est adaptée à la fréquence de découpage des impulsions de commande appliquées sur les transistors T1, T2. De surcroit, du fait que le courant de crête dans chaque branche 7, 10 est le même que sur l'entrée réseau 2, la taille de l'inductance, qui est proportionnelle à l'énergie stockée par ladite inductance L, c'est-à-dire proportionnelle au carré de l'intensité du courant de crête qui la traverse, est donc comparable à celle de chacune des inductances LI, L2 du dispositif de la figure 1. Ainsi le dispositif convertisseur de la figure 2 est plus optimisé du fait qu'il présente une seule inductance au lieu de deux inductances de même taille, et que cette inductance est utilisée sur l'ensemble des deux alternances de la tension d'entrée VE. Par ailleurs, dans le dispositif convertisseur de la figure 2, un seul capteur de courant 51 est nécessaire, par rapport au dispositif de la figure 1 qui comporte deux capteurs 52, 53. La réduction du nombre de capteurs et des interfaces de mesures associées aux dits capteurs permet de réduire l'encombrement et les coûts de réalisation. L'utilisation d'une seule inductance, par rapport aux deux inductances LI, L2 sur les branches du dispositif de la figure 1, permet entre autres une réduction des câblages. Un avantage du dispositif convertisseur représenté à la figure 2 est que le calibre en tension des thyristors TH1, TH2 est réduit par rapport à celui des thyristors du dispositif convertisseur représenté à la figure 1. En effet, dans le mode de réalisation de la figure 2, la tension aux bornes des thyristors est clampée par les diodes Dl, D2 des circuits hacheurs. Un autre avantage du dispositif convertisseur représenté à la figure 2 est qu'il permet une intégration de l'ensemble des semi-conducteurs de puissance dans un même module ou boitier 61, et ceci sans câblage additionnel. En effet, dans le dispositif de la figure 1, les thyristors TH1, TH2 et les circuits hacheurs 55, 56 sont séparés par les inductances LI, L2, ce qui implique l'utilisation de deux boitiers distincts ou d'un boitier avec plus de bornes pour connecter les deux inductances. Cette intégration permet de minimiser les câblages et d'optimiser les moyens de refroidissement des semi-conducteurs de puissance. Il est également possible de regrouper dans un même module l'ensemble des moyens de commande 13 des semi-conducteurs de puissance. Cette intégration apporte une solution moins couteuse, en particulier pour les alimentations sans interruption de puissance supérieure à 10 kVA. Le dispositif convertisseur peut être avantageusement conçu pour un fonctionnement unidirectionnel, de préférence avec un dispositif d'aide à la commutation pour réduire les pertes. Comme cela est représenté à la figure 3, chaque circuit hacheur 55, 56 du dispositif convertisseur peut comporter un circuit d'aide à la commutation 71, 72 disposé entre l'entrée d'alimentation 21, 22 dudit circuit hacheur et la ligne de sortie 4, 5 associée audit circuit. Grâce à ce circuit d'aide à la commutation, il est possible d'établir, avant un amorçage principal du transistor Tl, T2, une tension de commutation aux bornes dudit transistor sensiblement égale à zéro. Avantageusement, le circuit d'aide à la commutation 71, 72 de chaque circuit hacheur 55, 56 comprend, en outre, des seconds moyens inductifs 73, 74, des moyens de dérivation 75, 76 du courant de branche pour établir une dérivation du courant d'entrée sur lesdits seconds moyens inductifs avant l'amorçage principal, et des moyens d'accumulation d'énergie 77, 78 montés en parallèle sur lesdits moyens de commutation pour établir une résonance dudit courant dans lesdits seconds moyens inductifs avant l'amorçage principal. Les circuits d'aide à la commutation du dispositif convertisseur peuvent être identiques à ceux décrits dans la demande de brevet français intitulée � dispositif convertisseur et alimentation sans interruption équipée dudit dispositif >> déposée ce jour par la demanderesse. Le dispositif convertisseur décrit précédemment peut être utilisé dans une alimentation sans interruption 101 telle que celle représentée à la figure 4. Cette alimentation sans interruption comprend une entrée réseau 102 sur laquelle est appliquée une tension d'entrée variable d'un premier réseau triphasé. L'alimentation sans interruption comprend un redresseur 103 du type de celui décrit précédemment, ledit redresseur étant connecté entre, d'un côté, l'entrée d'alimentation 102 et, de l'autre côté, deux lignes de sortie 104 ou bus de tension sensiblement continue. L'alimentation sans interruption comprend un onduleur 106 connecté entre les lignes de sortie 104 et une sortie réseau 107 destiné à fournir une tension alternative triphasée sécurisée à une charge 108. Le bus de tension continue 104 est également connecté à une batterie 109 par l'entremise d'un convertisseur DC/DC 110. Comme cela est visible sur la figure 4, des contacteurs statiques 111 et 112 permettent de sélectionner entre l'entrée réseau 102 du premier réseau triphasé et une entrée réseau 113 d'un second réseau également triphasé. Ainsi, il est possible d'alimenter la charge par l'intermédiaire du premier réseau sécurisé par l'alimentation saris interruption 101, et le cas échéant commuter sur le second réseau. REVENDICATIONS1. Dispositif convertisseur (41) pour alimentation sans interruption permettant de convertir une tension d'entrée (VE) alternative appliquée sur une entrée réseau (2) dudit dispositif en deux tensions de sortie (VSP, VSN) sensiblement continues, de signes opposés, et disponibles sur des lignes de sortie (4, 5) dudit dispositif, ledit dispositif convertisseur comprenant une première et une seconde branche (7, 10) connectées à ladite entrée réseau et permettant de prélever un courant de branche (IP, IN) lors des alternances respectivement positive et négative de la tension d'entrée, la première et la seconde branche étant équipées de thyristors (TH1, TH2) commandés par l'entremise de moyens de commande (13) pour contrôler lesdits courants de branche (IP, IN) pendant des phases transitoires, ledit dispositif convertisseur comprenant en outre des moyens inductifs permettant une adaptation d'impédance, ainsi qu'un premier et un second circuit hacheur (55, 56) de type élévateur connectés respectivement à la première et à la seconde branche (7, 10), et permettant de fournir les tensions de sortie (VSP, VSN), caractérisé en ce que lesdits moyens inductifs sont disposés entre l'entrée réseau (2) et un point d'entrée (8) des dites branches. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens inductifs sont essentiellement constitués par une inductance (L). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commande (13) comportent un module de démarrage (46) et des sorties de commande (43, 44) connectées audit module pour fournir aux thyristors (TH1, TH2), pendant une durée prédéterminée, des signaux de commande présentant des angles de retard à l'amorçage variable dans le temps. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle de retard à l'amorçage est variable linéairement dans le temps. 1030 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commande (13) comportent un module de démarrage (4E)), une entrée de contrôle (48) d'un signal représentatif d'un courant d'entrée réseau connectés audit module et des sorties de commande (43, 44) connectées audit module pour fournir aux thyristors (TH1, TH2), pendant une durée prédéterminée, des signaux de commande présentant des angles de retard à l'amorçage variables selon une fonction dudit courant d'entrée réseau. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque circuit hacheur (55, 56) comprend une entrée d'alimentation (21, 22) connectée à la première ou à la seconde branche (7, 10), des moyens redresseurs connectés à ladite entrée d'alimentation pour fournir la tension de sortie (VS) sur la ligne de sortie associée au dit circuit, et des moyens de commutation connectés à ladite entrée d'alimentation. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque circuit hacheur (55, 56) comprend, en outre, un circuit d'aide à la commutation (71, 72) disposé entre l'entrée d'alimentation (21, 22) dudit circuit et la ligne de sortie (4, 5) associée audit circuit pour établir, avant un amorçage principal des moyens de commutation, une tension de commutation aux bornes des moyens de commutation sensiblement égale à zéro. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit d'aide à la commutation (71, 72) de chaque circuit hacheur (55, 56) comprend, en outre, des seconds moyens inductifs (73, 74), des moyens de dérivation (75, 76) du courant de branche (IP, IN) pour établir une dérivation dudit courant sur lesdits seconds moyens inductifs avant l'amorçage principal, et des moyens d'accumulation d'énergie (77, 78) montés en parallèle sur lesdits moyens de commutation pour établir une résonance dudit courant dans lesdits seconds moyens inductifs avant l'amorçage principal. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est conçu pour un fonctionnement unidirectionnel. 10. Alimentation sans interruption (101) comprenant une entrée réseau (102) sur laquelle est appliquée une tension d'entrée (VE) alternative, un redresseur (103) connecté à ladite entrée réseau, des moyens d'accumulation d'énergie (109) connectés audit redresseur, un onduleur (106) connecté audits moyens d'accumulation d'énergie comportant une sortie réseau (107) pour fournir une tension alternative sécurisée, caractérisée en ce que le redresseur (103) est un dispositif selon l'une des revendications précédentes comportant des lignes de sortie (104) auxquels sont connectés lesdits moyens d'accumulation d'énergie (109).