Brevet FR3089366A1 — publié le 20200605

Description Titre de l'invention : CONVERTISSEUR AC/DC [0001] L'invention concerne le domaine des convertisseurs alternatifs continu ou AC/DC du type comprenant un transformateur, par exemple un autotransformateur, comprenant deux secondaires triphasés reliés à deux ponts redresseurs triphasés dont au moins une sortie est moyennée par une inductance d'interphase comprenant deux bobines d'interphase. Chaque bobine d'interphase est reliée d'une part à une sortie d'un des ponts redresseurs et d'autre part à une borne de sortie du convertisseur. Le convertisseur AC/DC délivre une tension de sortie du convertisseur entre deux bornes de sortie du convertisseur. [0002] Les tensions alternatives délivrées par les deux secondaires triphasés du trans- formateur sont déphasées. Le rôle d'une inductance d'interphase est de lisser la tension délivrée en sortie d'un pont redresseur auquel elle est reliée afin de baisser l'ondulation résiduelle. [0003] L'inductance d'interphase comprend au moins un circuit magnétique autour duquel sont enroulés des enroulements conducteurs électriques pour former les deux bobines d'interphase. Le circuit magnétique et les enroulements sont classiquement assemblés par un vernis d'assemblage et de protection dans lequel ils sont tous noyés. Les enroulements sont reliés mécaniquement et électriquement aux deux ponts redresseurs et à une borne de sortie du convertisseur AC/DC via les enroulements. Le vernis d'assemblage présente l'avantage de réaliser une double fonction d'assemblage et de protection des enroulements vis-à-vis des conditions environnementales (corrosion) et des chocs pouvant avoir lieu lors de la manutention de l'inductance d'interphase notamment lorsque l'on vient la relier mécaniquement et électriquement aux ponts redresseurs et à la sortie du convertisseur AC/DC. [0004] Ce type de convertisseurs AC/ DC a des applications embarquées notamment dans l'aéronautique. Or, un des inconvénients majeur de ce type de convertisseurs est le bruit acoustique qu'il génère pouvant aller jusqu'à 70 dB voire 80 dB qui peut être très gênant pour les passagers lorsqu'il est installé à proximité des passagers ou pour les pilotes lorsqu'il est installé à proximité de la cabine du pilotage. [0005] En effet, le fonctionnement du convertisseur AC/DC entraîne un fort niveau de sa- turation du circuit magnétique. Ce niveau dc saturation, à travers le phénomène de magnétostriction, est responsable de forts niveaux de vibrations du circuit magnétique qui sont transmises, via le vernis aux enroulements puis, via les enroulements, aux autres éléments du convertisseur AC/DC et aux équipements auquel est relié le convertisseur AC/DC qui deviennent émetteurs de forts niveaux dc bruit à des fréquences acoustiques élevées, de l'ordre dc multiples de la fréquence de la tension alternative 2 injectée en entrée du convertisseur AC/DC qui est classiquement de 400 Hz (fréquence fixe) ou comprise entre 360-800 Hz lorsque la fréquence est variable. [0006] Une solution actuelle pour réduire le bruit acoustique du convertisseur AC/DC est de découpler totalement, en vibration, le bloc formé par les enroulements et le circuit magnétique noyés dans le vernis du reste du convertisseur AC/DC, en le reliant mécaniquement au reste du convertisseur AC/DC au moyen de plots amortisseurs et en le reliant électriquement au reste du convertisseur AC/DC au moyen de tresses électriques. Cette solution présente le défaut d'être coûteuse (coût des plots, des tresses) et encombrante. [0007] L'autre solution est une solution palliative au bruit acoustique de la self de mode commun par l'utilisation typique des méthodes de capotage acoustique (absorption, amortissement, réduction des fuites). Cette solution a le défaut de l'encombrement car les solutions de capotage représentent un surplus de volume, de la masse ajoutée également. [0008] Un but de l'invention est de limiter au moins un des inconvénients précités. [0009] A cet effet, l'invention a pour objet un convertisseur AC/DC comprenant une entrée du convertisseur AC/DC destinée à recevoir une tension alternative d'entrée et à la transformer en une tension continue, le convertisseur AC/DC comprenant un transformateur destiné à recevoir la tension alternative triphasée d'entrée et à délivrer deux tensions alternatives triphasées de sortie sur deux secondaires respectifs, le convertisseur comprenant un ensemble de deux ponts redresseurs, chaque secondaire étant relié en entrée d'un des deux ponts redresseurs de l'ensemble, chaque pont redresseur de l'ensemble de ponts redresseurs comprenant une première sortie reliée à une borne de sortie du convertisseur AC/DC par une inductance d'interphase, l'inductance d'interphase comprenant un circuit magnétique comprenant deux branches sensiblement parallèles et deux enroulements, chaque enroulement étant enroulé autour d'une branche des deux branches, le noyau commun étant du type enroulé et réalisé à base de matériau nanocristallin. [0010] Avantageusement, lequel le matériau nanocristallin présente un coefficient de ma- gnétostriction de valeur absolue inférieure à 5 ppm à 1 T. [0011] Le matériau nanocristallin est par exemple à base de cristaux nanocristallin de fer- silicium noyés dans une matrice amorphe. [0012] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : [0013] [fig.1] la figure 1 représente un schéma électrique d'un exemple de convertisseur AC/DC selon l'invention, 3 [0014] [fig.2] la figure 2 représente schématiquement un exemple d'inductance d'interphase d'un convertisseur AC/DC selon l'invention, [0015] [fig.3] la figure 3 représente schématiquement le bruit généré par une inductance d'interphase d'un convertisseur AC/DC de l'art antérieur (en trait continu) et par une inductance d'interphase d'un convertisseur AC/DC selon l'invention (en trait plein), [0016] [fig.4] la figure 4 représente schématiquement un autre exemple de convertisseur AC/DC selon l'invention, [0017] Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les dif- férentes figures. [0018] L'invention se rapporte à un convertisseur AC/DC 1 dont un exemple est représenté sur la figure 1, comprenant une entrée E destinée à recevoir une tension alternative d'entrée et à la transformer en une tension continue VS. Le convertisseur AC/DC 1 comprend un transformateur 2 dont l'entrée triphasée, est l'entrée E du primaire 3 du transformateur 2. Le transformateur 2 délivre une première tension alternative de sortie sur un premier secondaire 40 triphasée du transformateur et une deuxième tension alternative de sortie sur un deuxième secondaire 50 triphasé du transformateur. Le convertisseur AC/DC 1 comprend deux ponts redresseurs 41, 51 sous forme de ponts de diodes et une inductance d'interphase I. Chaque secondaire 40, 50 est relié en entrée d'un des deux ponts redresseurs 41, 41. [0019] Chaque pont redresseur 41, 51 comprend une première sortie reliée à une inductance d'interphase I. L'inductance d'interphase I est en outre reliée à une borne BS1 de sortie du convertisseur 1. [0020] L'inductance d'interphase I comprend deux bobines 42, 52. La première sortie de chaque redresseur 41, 51 est reliée à une borne d'une des bobines 42, 52 de l'inductance d'interphase I, l'autre borne de la bobine 42, 52 est reliée à la borne de sortie BS1 du convertisseur 1. [0021] La tension VS de sortie du convertisseur AC/DC est délivrée entre la borne de BS1 et une autre borne de sortie du convertisseur BS2. [0022] Dans l'exemple non limitatif de la figure 1, les deuxièmes sorties des deux ponts re- dresseurs sont reliées à l'autre borne de sortie BS2 du convertisseur. [0023] Comme visible sur la figure 2, l'inductance d'interphase I comprend un noyau ma- gnétique commun définissant un circuit magnétique commun 60 et des enroulements conducteurs 43, 53 enroulés autour de ce noyau magnétique commun 60 de sorte à former les deux bobines 42 et 52. [0024] Les deux bobines d'interphase sont montées en parallèle et couplées pour former une inductance mutuelle. [0025] Chaque enroulement 43, 53 est obtenu par l'enroulement d'un élément allongé conducteur 45, 55 visible sur la figure 2, autour d'une branche Bl, B2 du circuit magnétique commun 60. [0026] Chaque élément allongé conducteur 45, 55 est, par exemple, réalisé en cuivre ou en aluminium. [0027] Les deux branches B1 et B2 sont des branches parallèles d'un circuit magnétique 60 fermé. Chaque branche Bl, B2 s'étend longitudinalement selon un axe longitudinal de la branche xl, x2. Les axes xl et x2 sont parallèles. Comme visible sur la figure 2, chaque élément allongé conducteur 45, 55 est enroulé autour de sa branche B1 ou B2 c'est-à-dire autour de l'axe longitudinal xlou x2 de la branche Bl, B2. L'enroulement 43, 53 est allongé selon l'axe longitudinal de la branche correspondante B1 ou B2. Autrement dit, chaque enroulement 43, 53 comprend plusieurs spires adjacentes deux à deux selon l'axe xl ou x2. [0028] Selon l'invention, le noyau commun 60 comprend un enroulement d'une bande d'un matériau nanocristallin. Autrement dit, le noyau commun 60, du type enroulé, est réalisé à hase d'au moins une bande de matériau nanocristallin enroulée. [0029] Les matériaux nanocristallins présentent l'avantage, du fait de la taille de leurs cristaux, de présenter un coefficient de magnétostriction de valeur absolue très faible, voire nulle ou sensiblement nulle. La déformation est du noyau commun 60 est donc très réduite, voire nulle, lors du fonctionnement du convertisseur AC/DC 1. Autrement dit, les dilatations magnéto-mécaniques du noyau commun 60 sont extrêmement faibles. [0030] Cette solution permet de conserver un montage classique de l'inductance d'interphase sur les autres éléments du convertisseur AC/DC via les enroulements et permet d'éviter l'utilisation d'amortisseurs vibratoires entre les enroulements de l'inductance d'interphase et ces autres éléments. Cette solution permet d'éviter l'utilisation de tresses conductrices pour relier l'électriquement les enroulements aux redresseurs et à la sortie du convertisseur AC/DC. Cette solution est avantageuse en gain de volume et de coût. On utilise en réalité le circuit magnétique et chaque enroulement comme étant les deux parties rigide d'un amortisseur. [0031] Cette solution présente également l'avantage de ne pas entraîner de changement du fonctionnement électrique du convertisseur par rapport aux solutions de l'art antérieur. [0032] Les matériaux nanocristallins présentent l'avantage de présenter une perméabilité magnétique réglable dans une large gamme de valeur s'étendant entre 300 et 500000 [0033] Le matériau nanocristallin est, par exemple, un alliage de FeSiBMCu oit M est un métal de transition est, par exemple, le Nb. Une composition largement utilisée est du type : Fe,35Cu1Nlb3S1,B,5,et contient 13.5% ou 16.5% de silicium. [0034] Dans cette famille, des cristaux de fer-silicium sont noyés dans une matrice résiduelle amorphe. Les cristaux ont des dimensions de l'ordre du nanomètre. Par rapport aux alliages fer-nickel, les matériaux nanocristallins présentent l'avantage d'avoir une induction à saturation élevée, de l'ordre de 1,3T. [0035] Différentes nuances de ce type de matériaux nanocristallin sont produites sous l'appellation « Nanophy® ». [0036] On peut utiliser d'autres matériaux nanocristallins de type FeMB. Ils contiennent gé- néralement plus de 80% de fer, 7% de métal de transition et le complément en bore. Les matériaux de cette famille comprennent des nano cristaux de fer pur. Leur induction à saturation est comparable aux alliages de FeSiBMCu. [0037] La figure 3 représente le niveau de bruit acoustique émis par une inductance d'interphase en fonction de la fréquence pour une inductance d'interphase de l'art antérieur en trait continu et pour une inductance d'interphase du convertisseur selon l'invention en traits pointillés. La solution proposée permet une réduction du niveau de bruit acoustique comprise entre 25dB et 30 dB selon la fréquence électrique. Le bruit acoustique généré par les inductances d'interphase devient inaudible dans le bruit environnant (soufflerie, autres bruits électriques, ...). [0038] Le noyau magnétique 60 comprend avantageusement un premier vernis recouvrant l'enroulement de matériau nanocristallin. Le vernis assure la double fonction de tenue mécanique du noyau mécanique 60 dans la forme souhaitée et de protection mécanique du noyau nanocristallin. [0039] Avantageusement, les inductances d'interphase comprennent un deuxième vernis d'assemblage et de protection, recouvrant le noyau magnétique commun et les enroulements afin de fixer le noyau magnétique aux enroulements et d'assurer leur protection mécanique. Le noyau magnétique et les enroulements sont alors noyés dans le deuxième vernis. [0040] Les vernis sont par exemple réalisés à base d'époxy. [0041] Avantageusement, le matériau nanocristallin présente un coefficient de magnéto- striction de valeur absolue inférieur ou égale à 5 ppm et de préférence inférieure ou égale à 1 ppm à 1 T ou 1,2 T et à 0Hz. [0042] Il est à noter que l'invention se rapporte à un convertisseur du type de celui re- présenté sur la figure 4 dans lequel chaque redresseur comprend une première sortie reliée à la première borne de sortie BSI par l'intermédiaire d'une première inductance d'interphase II et qui diffère du convertisseur de la figure 2 en ce qu'une deuxième sortie de chaque redresseur est reliée à la deuxième borne de sortie BS2 par l'intermédiaire d'une deuxième inductance d'interphase 12. Tout comme l'inductance I, ces inductances comprennent un circuit magnétique commun comprenant chacune 6 deux enroulements réalisés autour de deux branches longitudinales parallèles du circuit magnétique de sorte à former deux bobines pouvant être montées sur le circuit magnétique comme décrit précédemment par l'ensemble d'au moins un bloc d'un matériau souple. [0043] Les bobines des inductances d'interphase Il et 12 sont reliées en série et un point milieu reliant ces bobines est relié à la borne de sortie correspondante BS1 ou BS2. 7 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3]