Brevet FR2984037A1 — publié le 20130614

Convertisseur de puissance doté d'une inductance variable Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un convertisseur de puissance doté d'une inductance variable. Etat de la technique De manière connue, un convertisseur de puissance comporte un bus continu d'alimentation alimenté par une source de tension continue, un condensateur de bus destiné à maintenir la tension continue du bus à une valeur constante et un module onduleur destiné à convertir la tension continue fournie par le bus en une tension variable à destination d'une charge électrique. Dans un convertisseur de puissance de type variateur de vitesse, la source de tension continue comporte un module redresseur connecté à un réseau de distribution électrique et destiné à redresser la tension alternative fournie par le réseau et à appliquer une tension continue sur le bus continu d'alimentation. Il est également connu de connecter une inductance sur le bus continu d'alimentation de manière à agir sur le THDi ("Total Harmonic Distortion of Current") et le PWHD ("Partial Weighted Harmonic Distortion"). Le THDi correspond au taux de distorsion harmonique en courant et représente donc la valeur efficace des harmoniques rapportée à la valeur efficace du courant fondamental. Le PWHD introduit pour sa part une pondération donnant davantage de poids aux harmoniques à haute fréquence, plus particulièrement ceux des rangs 14 à 40. Cependant, cette solution à inductance simple n'est pas satisfaisante lorsque la charge électrique absorbe une puissance supérieure à celle pour laquelle le convertisseur est dimensionné, entraînant des oscillations de tension sur le bus continu d'alimentation et donc une dégradation du THDi ou du PWHD. Le but de l'invention est donc de proposer un convertisseur de puissance dans lequel le THDi et le PWHD sont maintenus à des valeurs acceptables même si la charge électrique absorbe une puissance supérieure à celle acceptée par le convertisseur. Exposé de l'invention Ce but est atteint par un convertisseur de puissance destiné à être connecté à une charge électrique et comportant : un bus continu d'alimentation doté d'une première ligne d'alimentation et d'une deuxième ligne d'alimentation, un condensateur de bus connecté à la première ligne d'alimentation et à la deuxième ligne d'alimentation et destiné à maintenir constante une tension continue sur le bus continu d'alimentation, un module onduleur connecté au bus continu d'alimentation, en aval du condensateur de bus, et destiné à convertir la tension continue en une tension variable à appliquer à la charge électrique, une inductance variable comportant un noyau en matériau ferromagnétique, une première bobine enroulée sur une première partie du noyau en matériau ferromagnétique et connectée en série sur la première ligne d'alimentation du bus continu d'alimentation, en amont du condensateur de bus, et une deuxième bobine enroulée sur une deuxième partie du noyau en matériau ferromagnétique, une source d'alimentation en courant continu connectée à la deuxième bobine, des moyens de commande de la source d'alimentation, agencés pour contrôler le courant continu fourni à la deuxième bobine en vue de faire varier la valeur d'inductance de l'inductance variable. Selon une particularité, la source d'alimentation comporte un convertisseur continu/continu connecté à la première ligne d'alimentation et à la deuxième ligne d'alimentation. Selon une première variante de réalisation, le convertisseur continu/continu est connecté au bus continu d'alimentation, en amont de l'inductance variable. Selon une deuxième variante de réalisation, le convertisseur continu/continu est connecté au bus continu d'alimentation, en aval de l'inductance variable. Selon une particularité de l'invention, le noyau ferromagnétique comporte deux fenêtres séparées entre elles par une branche centrale et circonscrites par une partie externe qui comporte au moins une première branche et une deuxième branche situées de part et d'autre de la branche centrale. Selon une première configuration de l'invention, la première bobine est enroulée autour de la branche centrale et la deuxième bobine est enroulée autour de la première branche puis de la deuxième branche. Selon une deuxième configuration de l'invention, la première bobine est enroulée autour de la première branche puis de la deuxième branche et la deuxième bobine est enroulée autour de la branche centrale. Selon une troisième configuration de l'invention, la première bobine est enroulée autour de la première branche, la deuxième bobine est enroulée autour de la branche centrale et l'inductance variable comporte une troisième bobine enroulée autour de la deuxième branche et connectée en série sur la deuxième ligne d'alimentation du bus continu d'alimentation. Le but de l'invention est également atteint par un convertisseur de puissance destiné à être connecté à une charge électrique et comportant : - un bus continu d'alimentation doté d'une première ligne d'alimentation et d'une deuxième ligne d'alimentation, - un condensateur de bus connecté à la première ligne d'alimentation et à la deuxième ligne d'alimentation et destiné à maintenir constante une tension continue sur le bus continu d'alimentation, un module onduleur connecté au bus continu d'alimentation, en aval du condensateur de bus, et destiné à convertir la tension continue en une tension variable à appliquer à la charge électrique, une inductance variable comportant : un premier noyau en matériau ferromagnétique et une première bobine enroulée sur une première partie du premier noyau en matériau ferromagnétique et connectée en série sur la première ligne d'alimentation du bus continu d'alimentation, en amont du condensateur de bus, un deuxième noyau en matériau ferromagnétique et une deuxième bobine enroulée sur une première partie du deuxième noyau en matériau ferromagnétique et connectée en série sur la deuxième ligne d'alimentation du bus continu d'alimentation, en amont du condensateur de bus, une troisième bobine comportant un premier enroulement réalisé sur une deuxième partie du premier noyau en matériau ferromagnétique et un deuxième enroulement connecté en série avec le premier enroulement et réalisé sur une deuxième partie du deuxième noyau en matériau ferromagnétique, une source d'alimentation en courant continu connectée à la troisième bobine, des moyens de commande de la source d'alimentation, agencés pour contrôler le courant continu fourni à la troisième bobine en vue de faire varier la valeur d'inductance de l'inductance variable. Selon une particularité, la source d'alimentation comporte un convertisseur continu/continu connecté à la première ligne d'alimentation et à la deuxième ligne d'alimentation. Selon une première variante de réalisation, le convertisseur continu/continu est connecté au bus continu d'alimentation, en amont de l'inductance variable. Selon une deuxième variante de réalisation, le convertisseur continu/continu est connecté au bus continu d'alimentation, en aval de l'inductance variable. Selon une autre particularité, le premier noyau en matériau ferromagnétique et le deuxième noyau en matériau ferromagnétique comportent chacun deux fenêtres séparées entre elles par une branche centrale et circonscrites par une partie externe qui comporte au moins une première branche et une deuxième branche situées de part et d'autre de la branche centrale. Selon une configuration de ce convertisseur, la première bobine est enroulée autour de la branche centrale du premier noyau en matériau ferromagnétique, la deuxième bobine est enroulée autour de la branche centrale du deuxième noyau en matériau ferromagnétique, le premier enroulement de la troisième bobine est réalisé autour de la deuxième branche puis de la première branche du premier noyau en matériau ferromagnétique et le deuxième enroulement de la troisième bobine est réalisé autour de la deuxième branche du deuxième noyau en matériau ferromagnétique puis de la première branche du deuxième noyau en matériau ferromagnétique. Selon une autre configuration de ce convertisseur, la première bobine comporte un premier enroulement réalisé autour de la première branche puis de la deuxième branche du premier noyau en matériau ferromagnétique, la deuxième bobine comporte un premier enroulement réalisé autour de la première branche puis de la deuxième branche du deuxième noyau en matériau ferromagnétique et la troisième bobine comporte un premier enroulement réalisé autour de la branche centrale du premier noyau en matériau ferromagnétique et un deuxième enroulement connecté en série avec le premier enroulement et réalisé autour de la branche centrale du deuxième noyau en matériau ferromagnétique. Selon l'invention, quand la tension du bus se met à osciller ou quand la puissance absorbée par la charge électrique se rapproche de la puissance maximale exploitable avec la valeur de l'inductance courante, la valeur de l'inductance est par exemple réduite en contrôlant la source d'alimentation. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente le convertisseur de puissance de l'invention selon un premier mode de réalisation, la figure 2 représente le convertisseur de puissance de l'invention selon un deuxième mode de réalisation, - la figure 3 représente le convertisseur de puissance de l'invention selon un troisième mode de réalisation, la figure 4 représente le convertisseur de puissance de l'invention selon un quatrième mode de réalisation, la figure 5 représente le convertisseur de puissance de l'invention selon un cinquième mode de réalisation, la figure 6 représente une inductance variable conforme à celle employée dans le convertisseur de l'invention. Description détaillée d'au moins un mode de réalisation L'invention concerne un convertisseur de puissance destiné à être connecté à une charge électrique C. De manière connue, un convertisseur de puissance comporte un bus continu d'alimentation alimenté par une source de tension continue. Le bus continu d'alimentation comporte une première ligne d'alimentation 10 et une deuxième ligne d'alimentation 11. L'une de ces deux lignes d'alimentation est à un potentiel électrique positif et l'autre de ces deux lignes d'alimentation est à un potentiel électrique négatif. Le convertisseur de puissance comporte un condensateur de bus Cbus destiné à maintenir la tension du bus Vbus à une valeur constante et connecté à la première ligne d'alimentation 10 et à la deuxième ligne d'alimentation 11. Le convertisseur de puissance comporte un module onduleur 12 connecté en aval du bus continu d'alimentation et destiné à convertir la tension continue Vbus présente sur le bus en une tension variable à destination de la charge électrique. Le module onduleur 12 comporte plusieurs bras de commutation comprenant chacun au moins deux transistors de puissance. Un convertisseur de puissance de type variateur de vitesse comporte également, en amont du condensateur de bus Cbus, un module redresseur 13 connecté à un réseau de distribution électrique R et destiné à redresser une tension alternative fournie par le réseau de distribution électrique R et à appliquer la tension continue sur le bus continu d'alimentation. Selon l'invention, le convertisseur de puissance comporte une inductance variable Lv connectée en série sur le bus continu d'alimentation et commandée pour adapter la valeur d'inductance à la charge électrique C commandée par le convertisseur de puissance et réduire la valeur d'inductance si des oscillations apparaissent sur la tension continue Vbus du bus. L'inductance variable Lv est connectée sur le bus continu d'alimentation, en amont du condensateur de bus Cbus. Comme représentée sur les figures 1 à 3 annexées, l'inductance variable Lv peut être connectée sur le bus continu d'alimentation selon différentes configurations. En référence à la figure 6, une inductance variable Lv comporte un noyau 20 en matériau ferromagnétique et au moins deux bobines B1, B2 enroulées sur au moins deux parties de ce noyau 20 en matériau ferromagnétique. Le noyau 20 en matériau ferromagnétique se présente sous la forme de deux boucles de circuit magnétique, accolées entre elles de manière à former une branche centrale 200 commune. De part et d'autre de cette branche centrale commune, le noyau 20 en matériau ferromagnétique comporte ainsi deux branches 201, 202 latérales externes, dites première branche 201 et deuxième branche 202. Chaque boucle de circuit magnétique est par exemple circulaire. Le convertisseur de puissance comporte une source d'alimentation en courant continu destinée à alimenter l'inductance variable Lv en vue de faire varier sa valeur d'inductance. Cette source d'alimentation est par exemple créée à partir de la tension Vbus disponible sur le bus continu d'alimentation et comporte par exemple un convertisseur continu/continu (ci-après désigné convertisseur DC/DC 21) connecté d'une part à la première ligne d'alimentation 10 du bus continu d'alimentation et d'autre part à la deuxième ligne d'alimentation 11 du bus continu d'alimentation. Ce convertisseur DC/DC 21 peut être connecté aux deux lignes d'alimentation du bus, en amont de l'inductance variable Lv ou en aval de l'inductance variable Lv. Par rapport à la configuration aval, la configuration amont permet de réduire les pertes dans l'inductance variable Lv. Mais, dans cette configuration amont, la tension continue disponible à cet endroit du bus présente plus d'oscillations que celle disponible après le filtre LC formé par l'inductance variable et le condensateur de bus. Dans la suite de la description, nous prenons l'exemple du convertisseur DC/DC 21 connecté selon la configuration amont décrite ci-dessus mais il faut comprendre qu'il peut tout à fait être connecté selon la configuration aval. Dans la suite de la description, nous considérons que la deuxième bobine B2 de l'inductance variable est connectée à la source d'alimentation en courant continu et que la première bobine B1 de l'inductance variable Lv est connectée en série sur la première ligne d'alimentation 10 du bus continu d'alimentation. Selon l'invention, le convertisseur de puissance comporte des moyens de commande 22 de la source d'alimentation en courant continu, qui permettent de contrôler le courant continu injecté dans la deuxième bobine B2 pour faire varier la valeur d'inductance de l'inductance variable Lv. Dans une première configuration représentée sur la figure 1, la première bobine B1 est enroulée autour de la branche centrale 200 du noyau 20 en matériau ferromagnétique et la deuxième bobine B2 comporte un premier enroulement réalisé autour de la première branche 201 du noyau en matériau ferromagnétique et un deuxième enroulement connecté en série avec le premier enroulement et réalisé autour de la deuxième branche 202 du noyau en matériau ferromagnétique. Dans une deuxième configuration représentée sur la figure 2, la première bobine B1 comporte un premier enroulement réalisé autour de la première branche 201 du noyau en matériau ferromagnétique et un deuxième enroulement connecté en série avec le premier enroulement et réalisé autour de la deuxième branche 202 du noyau 20 en matériau ferromagnétique. Dans une troisième configuration représentée sur la figure 3, la première bobine B1 est enroulée autour de la première branche 201 du noyau 20 en matériau ferromagnétique, la deuxième bobine B2 est enroulée autour de la branche centrale 200 du noyau 20 en matériau ferromagnétique et l'inductance variable Lv comporte une troisième bobine B3 enroulée autour de la deuxième branche 202 du noyau en matériau ferromagnétique et connectée en série sur la deuxième ligne d'alimentation 11 du bus continu d'alimentation. Cette troisième configuration présente notamment quelques avantages en termes de CEM (compatibilité électromagnétique). Dans la quatrième configuration et la cinquième configuration représentées respectivement sur les figures 4 et 5, l'inductance variable (désignée Ly1) comporte un premier noyau 20a en matériau ferromagnétique et un deuxième noyau 20b en matériau ferromagnétique. Le premier et le deuxième noyaux 20a, 20b en matériau ferromagnétique sont préférentiellement identiques et ont une forme semblable à celle du noyau 20 en matériau ferromagnétique décrit ci-dessus. Les signes de référence employés ci-dessous et sur les figures pour ces deux noyaux 20a, 20b en matériau ferromagnétique sont identiques à ceux employés pour le noyau 20 en matériau ferromagnétique décrit ci-dessus. Dans la quatrième configuration de la figure 4, l'inductance variable Ly1 comporte une première bobine B10 enroulée autour de la branche centrale 200 du premier noyau 20a en matériau ferromagnétique et connectée en série sur la première ligne d'alimentation du bus continu d'alimentation, une deuxième bobine B20 enroulée autour de la branche centrale 200 du deuxième noyau 20b en matériau ferromagnétique et connectée en série sur la deuxième ligne d'alimentation 11 du bus continu d'alimentation et une troisième bobine B30 connectée à la source d'alimentation en courant continu et qui comporte un premier enroulement réalisé autour de la première branche 201 puis de la deuxième branche 202 du premier noyau 20a en matériau ferromagnétique et un deuxième enroulement connecté en série avec le premier enroulement et réalisé autour de la première branche 201 puis de la deuxième branche 202 du deuxième noyau 20b en matériau ferromagnétique. Dans la cinquième configuration représentée sur la figure 5, la première bobine B10 comporte un premier enroulement réalisé autour de la première branche 201 puis de la deuxième branche 202 du premier noyau 20a en matériau ferromagnétique et est connectée en série sur la première ligne d'alimentation 10 du bus continu d'alimentation, la deuxième bobine B20 comporte un premier enroulement réalisé autour de la première branche 201 puis de la deuxième branche 202 du deuxième noyau 20a en matériau ferromagnétique et est connectée en série sur la deuxième ligne d'alimentation 11 du bus continu d'alimentation et la troisième bobine B30 est connectée à la source d'alimentation en courant continu et comporte un premier enroulement réalisé autour de la branche centrale 200 du premier noyau 20a en matériau ferromagnétique et un deuxième enroulement connecté en série avec le premier enroulement et réalisé autour de la branche centrale 200 du deuxième noyau 20b en matériau ferromagnétique. Ces deux dernières configurations présentent des avantages en termes de CEM (compatibilité électromagnétique). REVENDICATIONS1. Convertisseur de puissance destiné à être connecté à une charge électrique (C) et comportant : un bus continu d'alimentation doté d'une première ligne d'alimentation (10) et d'une deuxième ligne d'alimentation (11), un condensateur de bus (Cbus) connecté à la première ligne d'alimentation (10) et à la deuxième ligne d'alimentation (11) et destiné à maintenir constante une tension continue (Vbus) sur le bus continu d'alimentation, un module onduleur (12) connecté au bus continu d'alimentation, en aval du condensateur de bus (Cbus), et destiné à convertir la tension continue en une tension variable à appliquer à la charge électrique (C), caractérisé en ce qu'il comporte : une inductance variable (Lv) comportant un noyau (20) en matériau ferromagnétique et une première bobine (B1) enroulée sur une première partie du noyau (20) en matériau ferromagnétique et connectée en série sur la première ligne d'alimentation (10) du bus continu d'alimentation, en amont du condensateur de bus (Cbus), et une deuxième bobine (B2) enroulée sur une deuxième partie du noyau (20) en matériau ferromagnétique, une source d'alimentation en courant continu connectée à la deuxième bobine, des moyens de commande (22) de la source d'alimentation, agencés pour contrôler le courant continu fourni à la deuxième bobine (B2) en vue de faire varier la valeur d'inductance de l'inductance variable (Lv). 2. Convertisseur de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'alimentation comporte un convertisseur continu/continu (21) connecté à la première ligne d'alimentation (10) et à la deuxième ligne d'alimentation (11). 3. Convertisseur de puissance selon la revendication 2, caractérisé en ce que le convertisseur continu/continu (21) est connecté au bus continu d'alimentation, en amont de l'inductance variable (Lv). 4. Convertisseur de puissance selon la revendication 2, caractérisé en ce que le convertisseur continu/continu (21) est connecté au bus continu d'alimentation, en aval de l'inductance variable (Lv). 5. Convertisseur de puissance selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le noyau ferromagnétique (20) comporte deux fenêtres séparées entre elles par une branche centrale (200) et circonscrites par une partie externe qui comporte au moins une première branche (201) et une deuxième branche (202) situées de part et d'autre de la branche centrale. 6. Convertisseur de puissance selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première bobine (B1) est enroulée autour de la branche centrale (200) et en ce que la deuxième bobine (B2) est enroulée autour de la première branche (201) puis de la deuxième branche (202). 7. Convertisseur de puissance selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première bobine (B1) est enroulée autour de la première branche (201) puis de la deuxième branche (202) et en ce que la deuxième bobine (B2) est enroulée autour de la branche centrale (200). 8. Convertisseur de puissance selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première bobine (B1) est enroulée autour de la première branche (201), la deuxième bobine (B2) est enroulée autour de la branche centrale (200) et en ce que l'inductance variable (Lv) comporte une troisième bobine (B3) enroulée autour de la deuxième branche (202) et connectée en série sur la deuxième ligne d'alimentation (11) du bus continu d'alimentation. 9. Convertisseur de puissance destiné à être connecté à une charge électrique (C) et comportant : un bus continu d'alimentation doté d'une première ligne d'alimentation (10) et d'une deuxième ligne d'alimentation (11), un condensateur de bus (Cbus) connecté à la première ligne d'alimentation (10) et à la deuxième ligne d'alimentation (11) et destiné à maintenir constante une tension continue (Vbus) sur le bus continu d'alimentation, un module onduleur (12) connecté au bus continu d'alimentation, en aval du condensateur de bus (Cbus), et destiné à convertir la tension continue (Vbus) en une tension variable à appliquer à la charge électrique (C), caractérisé en ce qu'il comporte une inductance variable (Lv1) comportant : un premier noyau (20a) en matériau ferromagnétique et une première bobine (B10) enroulée sur une première partie du premier noyau (20a) enmatériau ferromagnétique et connectée en série sur la première ligne d'alimentation (10) du bus continu d'alimentation, en amont du condensateur de bus (Cbus), un deuxième noyau (20b) en matériau ferromagnétique et une deuxième bobine (B20) enroulée sur une première partie du deuxième noyau (20b) en matériau ferromagnétique et connectée en série sur la deuxième ligne d'alimentation (11) du bus continu d'alimentation, en amont du condensateur de bus (Cbus), une troisième bobine (B30) comportant un premier enroulement réalisé sur une deuxième partie du premier noyau (20a) en matériau ferromagnétique et un deuxième enroulement connecté en série avec le premier enroulement et réalisé sur une deuxième partie du deuxième noyau (20b) en matériau ferromagnétique, - une source d'alimentation en courant continu connectée à la troisième bobine (B30), des moyens de commande de la source d'alimentation, agencés pour contrôler le courant continu fourni à la troisième bobine (B30) en vue de faire varier la valeur d'inductance de l'inductance variable. 10. Convertisseur de puissance selon la revendication 9, caractérisé en ce que la source d'alimentation comporte un convertisseur continu/continu (21) connecté à la première ligne d'alimentation (10) et à la deuxième ligne d'alimentation (11). 11. Convertisseur de puissance selon la revendication 10, caractérisé en ce que le convertisseur continu/continu (21) est connecté au bus continu d'alimentation, en amont de l'inductance variable (Lv1). 12. Convertisseur de puissance selon la revendication 10, caractérisé en ce que le convertisseur continu/continu (21) est connecté au bus continu d'alimentation, en aval de l'inductance variable (Lv1). 13. Convertisseur de puissance selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le premier noyau (20a) en matériau ferromagnétique et le deuxième noyau (20b) en matériau ferromagnétique comportent chacun deux fenêtres séparées entre elles par une branche centrale (200) et circonscrites par une partie externe qui comporte au moins une première branche (201) et une deuxième branche (202) situées de part et d'autre de la branche centrale (200). 14. Convertisseur de puissance selon la revendication 13, caractérisé en ce que la première bobine (B10) est enroulée autour de la branche centrale (200) dupremier noyau en matériau ferromagnétique (20a) et en ce que la deuxième bobine (B20) est enroulée autour de la branche centrale (200) du deuxième noyau (20b) en matériau ferromagnétique et en ce que le premier enroulement de la troisième bobine (B30) est réalisé autour de la deuxième branche (202) puis de la première branche (201) du premier noyau (20a) en matériau ferromagnétique et le deuxième enroulement de la troisième bobine est réalisé autour de la deuxième branche du deuxième noyau (20b) en matériau ferromagnétique puis de la première branche (201) du deuxième noyau (20b) en matériau ferromagnétique. 15. Convertisseur de puissance selon la revendication 13, caractérisé en ce que la première bobine (B10) comporte un premier enroulement réalisé autour de la première branche (201) puis de la deuxième branche (202) du premier noyau (20a) en matériau ferromagnétique, la deuxième bobine (B20) comporte un premier enroulement réalisé autour de la première branche (201) puis de la deuxième branche (202) du deuxième noyau (20b) en matériau ferromagnétique et la troisième bobine (B30) comporte un premier enroulement réalisé autour de la branche centrale (200) du premier noyau (20a) en matériau ferromagnétique et un deuxième enroulement connecté en série avec le premier enroulement et réalisé autour de la branche centrale (200) du deuxième noyau (20b) en matériau ferromagnétique.20