Brevet FR2967528A1 — publié le 20120518

Système de protection d'un convertisseur de puissance en cas d'erreur de câblage La présente invention se rapporte à un système de protection d'un convertisseur de puissance en cas d'erreur de câblage et notamment lorsque le réseau électrique est branché sur la sortie du convertisseur et non sur son entrée. De manière connue, un convertisseur de puissance de type variateur de vitesse est connecté au réseau électrique d'alimentation et destiné à commander une 1 o charge électrique. Il comporte en entrée un module redresseur de tension qui génère une tension continue à partir d'une tension alternative fournie par le réseau électrique et qui alimente en aval un bus continu d'alimentation doté d'une ligne positive et d'une ligne négative. Un condensateur de filtrage, appelé communément condensateur de bus, est monté entre une ligne positive et une ligne négative du bus continu. En sortie, 15 le variateur comporte un module onduleur alimenté par le bus continu, permettant de générer, à partir de la tension continue, une tension variable qui peut être d'amplitude et de fréquence variables en utilisant des interrupteurs électroniques par exemple de type transistors IGBT commandés par Modulation à Largeur d'Impulsions (MLI ou PWM). 20 Aujourd'hui, un convertisseur de puissance de type variateur de vitesse est doté d'un circuit de précharge composé en général d'une résistance de précharge et d'un relais de précharge monté en parallèle de ladite résistance. Lors du démarrage du variateur de vitesse, la résistance de précharge limite le courant de charge du condensateur de bus et une fois la précharge terminée, cette résistance est court- 25 circuitée par le relais. Dans une première configuration, le circuit de précharge peut être connecté sur la ligne positive du bus continu d'alimentation ou, dans une deuxième configuration, il est peut être connecté directement en série avec le condensateur de bus. Lors de l'installation du variateur, le réseau électrique est censé être connecté 30 à l'entrée du variateur et la charge électrique sur la sortie du variateur. Cependant, une inversion du câblage est tout à fait possible. Dans cette situation, le réseau électrique se trouve alors connecté sur la sortie du variateur. Si le variateur de vitesse comporte un circuit de précharge agencé selon la première configuration définie ci-dessus, le courant de charge du condensateur n'est pas limité par la résistance de précharge et traverse directement les diodes de roue libre des interrupteurs du module onduleur entraînant leur détérioration. En revanche, si le circuit de précharge est agencé selon la seconde configuration, sa résistance permet de limiter le courant de charge du condensateur et donc de préserver les diodes de roue libre jusqu'à la charge complète du condensateur. Cependant, lors de la mise en marche du module onduleur, le courant provenant du réseau traverse directement les interrupteurs du module onduleur, sans limitation, entraînant la détérioration des transistors du module onduleur. 1 o Le but de l'invention est donc de proposer un système de protection du convertisseur de puissance permettant de protéger les transistors du module onduleur lorsque le réseau électrique est connecté sur la sortie du convertisseur de puissance et non sur son entrée. Ce but est atteint par un système de protection d'un convertisseur de 15 puissance destiné à être alimenté par un réseau électrique, le convertisseur comportant : un bus continu d'alimentation de puissance doté d'une ligne positive et d'une ligne négative, un module onduleur comportant une entrée alimentée par le bus continu 20 d'alimentation et une sortie destinée à délivrer une tension variable, le système de protection comportant également : des moyens de détection de la présence du courant ou de la tension délivré par le réseau électrique sur la sortie du module onduleur, des moyens de blocage du convertisseur de puissance, actionnables par 25 les moyens de détection lorsque la présence du courant ou de la tension délivré par le réseau électrique est détectée sur la sortie du module onduleur. Selon une particularité, le convertisseur de puissance comporte une unité de 30 commande du module onduleur coopérant avec les moyens de blocage pour bloquer le convertisseur de puissance lorsque la présence du courant ou de la tension délivré par le réseau électrique est détectée sur la sortie du module onduleur. Selon une autre particularité, les moyens de détection comportent des capteurs de courant destinés à détecter la présence du courant délivré par le réseau électrique sur la sortie du module onduleur. Selon une autre particularité, les moyens de détection comportent un module de détection de la tension délivrée par le réseau coopérant avec un circuit de reprise à la volée de l'unité de commande du module onduleur. Selon une autre particularité, les moyens de détection comportent un module de détection de la tension délivrée par le réseau coopérant avec un circuit de compensation de temps-mort de l'unité de commande. 1 o Selon une autre particularité, entre la ligne positive et la ligne négative du bus continu d'alimentation, le convertisseur de puissance comporte un circuit de précharge connecté en série avec un condensateur de bus. D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description 15 détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente de manière schématique un convertisseur de puissance de type variateur de vitesse doté d'un circuit de précharge monté sur le bus continu d'alimentation, la figure 2 représente de manière schématique un premier mode de réalisation du variateur de vitesse de la figure 1 sur lequel la sortie est connectée sur le réseau électrique et non sur la charge électrique, la figure 3 représente de manière schématique un deuxième mode de réalisation du variateur de vitesse de la figure 1 sur lequel la sortie est connectée sur le réseau électrique et non sur la charge électrique. L'invention concerne un système de protection pour convertisseur de puissance. Par convertisseur de puissance, il faut comprendre tout convertisseur de puissance de type variateur de vitesse, système d'alimentation sécurisé, filtre actif... 30 Dans la suite de la description, nous nous intéresserons plus particulièrement à un convertisseur de puissance de type variateur de vitesse. 20 25 En référence à la figure 1, un convertisseur de puissance, par exemple de type variateur de vitesse 1, comporte en entrée un module redresseur 12 connecté via trois phases d'entrée R, S, T à un réseau électrique A et destiné à redresser une tension triphasée alternative provenant du réseau d'alimentation extérieur A (par exemple un réseau électrique triphasé 380Vac). Ce module redresseur 12 utilise avantageusement des diodes 120 qui sont plus économiques et plus fiables que des thyristors. Cette tension redressée peut être filtrée pour obtenir une tension continue Vdc (par exemple de l'ordre de 200 à 800Vcc ou plus, suivant les conditions d'utilisation) appliquée sur un bus continu d'alimentation de puissance composé d'une ligne positive 10 et d'une ligne négative 11. Un condensateur de bus Cb est habituellement utilisé pour maintenir constante la tension Vdc du bus continu. Ce condensateur de bus Cb est connecté entre la ligne positive 10 et la ligne négative 11 du bus et, dans les variateurs standards, il est généralement de type électrolytique. Le variateur de vitesse 1 comporte en outre en sortie un module onduleur 13 connecté via trois phases de sortie U, V, W à une charge électrique C et permettant, à partir du bus continu d'alimentation, de commander la charge électrique C avec une tension variable qui peut être d'amplitude et de fréquence variables. Le module onduleur 13 utilise pour cela une commande par Modulation à Largeur d'Impulsions (MLI ou PWM) pour commander des interrupteurs électroniques de puissance 130 montés sur chaque phase. Ces interrupteurs sont des transistors de puissance, par exemple de type IGBT, commandés par une unité de commande 2 réalisant la MLI. Sur la figure 1, le module onduleur 13 comporte trois bras pour délivrer une tension variable triphasée à la charge électrique C, chaque bras étant doté de deux transistors de puissance 130 en série entre une borne positive et une borne négative du bus continu d'alimentation, soit un total de six transistors de puissance. En règle générale, un variateur de vitesse comporte également un circuit de précharge composé d'une résistance de précharge Rp et d'un relais de précharge RLp. Comme représenté sur les figures 1 à 3, ce circuit de précharge est avantageusement connecté directement en série avec le condensateur de bus Cb. Comme représenté sur la figure 1, le réseau électrique est normalement connecté sur les phases d'entrée R, S, T du variateur de vitesse 1 et la charge électrique sur les phases de sortie U, V, W du variateur de vitesse. Comme représenté sur les figures 2 et 3, le réseau électrique A peut cependant être connecté par erreur sur les phases de sortie U, V, W du variateur de vitesse. Dans cette situation, les diodes de roue libre des transistors 130 sont protégées lors de la charge du condensateur de bus Cb par la résistance de précharge Rp. Une fois la charge du condensateur de bus Cb terminée, ladite résistance de précharge Rp est court-circuitée par le relais de précharge RLp. Si l'utilisateur actionne l'unité de commande 2 par MLI du variateur, les transistors 130 ne sont plus protégés et vont de se détériorer. Pour éviter cela, le convertisseur de puissance de l'invention comporte un système de protection destiné à empêcher la mise en marche du module onduleur 13 du variateur de vitesse lorsque le réseau électrique A est câblé sur les phases de sortie U, V, W du variateur et non sur ses phases d'entrée R, S, T. 1 o Plus précisément, le système de protection de l'invention comporte des moyens de détection de la présence du réseau électrique A sur les phases de sortie U, V, W et des moyens de blocage 3 du variateur 1 lorsque la présence du réseau électrique est détectée sur la sortie du convertisseur. Selon l'invention, les moyens de détection 4, 4' peuvent être divers. 15 En référence à la figure 2, il peut s'agir de moyens de détection de courant 4, par exemple de type capteurs à effet hall positionnés sur au moins deux phases de sortie (U, V sur la figure 2) du variateur de vitesse 1 ou de type shunt (non représentés) positionnés sur les bras de commutation du module onduleur 13. En référence à la figure 3, il peut également s'agir de moyens de détection de 20 tension 4' comportant un module de détection coopérant par exemple avec le circuit de reprise à la volée (circuit « catch-on-fly » en anglais) couramment employé dans l'unité de commande 2 du module onduleur 13 ou avec le circuit de compensation des temps-morts employé dans l'unité de commande 2. De manière connue, un circuit de reprise à la volée permet notamment de détecter lorsque la charge C est en roue libre et de 25 reprendre le contrôle et la commande de la charge C après une période plus ou moins longue de roue libre durant laquelle la charge C continue à tourner en raison de son inertie. Le module de détection permet alors de différencier le mode normal de roue libre de la charge électrique de l'erreur de câblage. Selon l'invention, les moyens de détection 4, 4' sont destinés à agir sur les 30 moyens de blocage 3, lesdits moyens de blocage 3 générant un signal de sortie S vers l'unité de commande 2 du module onduleur 13 afin de bloquer la commande par MLI des transistors 130 du module onduleur 13. De cette manière, en cas d'erreur de câblage, les transistors 130 du module onduleur 13 sont protégés. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS1. Système de protection d'un convertisseur de puissance destiné à être alimenté par un réseau électrique (A), le convertisseur comportant : un bus continu d'alimentation de puissance doté d'une ligne positive (10) et d'une ligne négative (11), un module onduleur (13) comportant une entrée alimentée par le bus continu d'alimentation et une sortie destinée à délivrer une tension variable, caractérisé en ce que le système de protection comporte : des moyens de détection (4, 4') de la présence du courant ou de la tension délivré par le réseau électrique (A) sur la sortie du module onduleur (13), des moyens de blocage (3) du convertisseur de puissance, actionnables par les moyens de détection (4, 4') lorsque la présence du courant ou de la tension délivré par le réseau électrique (A) est détectée sur la sortie du module onduleur (13). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur 20 de puissance comporte une unité de commande (2) du module onduleur (13) coopérant avec les moyens de blocage (3) pour bloquer le convertisseur de puissance lorsque la présence du courant ou de la tension délivré par le réseau électrique (A) est détectée sur la sortie du module onduleur (13). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens 25 de détection (4) comportent des capteurs de courant destinés à détecter la présence du courant délivré par le réseau électrique (A) sur la sortie du module onduleur (13). 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de détection (4') comportent un module de détection de la tension délivrée par le 30 réseau (A) coopérant avec un circuit de reprise à la volée de l'unité de commande (2) du module onduleur (13). 15 2967528 s 5. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de détection (4') comportent un module de détection de la tension délivrée par le réseau (A) coopérant avec un circuit de compensation de temps-mort de l'unité de commande (2). 5 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, entre la ligne positive (10) et la ligne négative (11) du bus continu d'alimentation, le convertisseur de puissance comporte un circuit de précharge connecté en série avec un condensateur de bus (Cb). 10 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de précharge comporte une résistance de précharge (Rp) et un relais de précharge (RLp) connecté en parallèle de ladite résistance de précharge (Rp).