Brevet FR3146014A1 — publié le 20240823

L’invention concerne un circuit électrique (200) comprenant au moins un étage de convertisseur électrique et au moins un condensateur (106) arrangé en amont dudit au moins un étage de convertisseur électrique, le circuit électrique comprenant en outre une source de haute tension (102) et un contacteur (104) arrangé en série entre la source de haute tension et le convertisseur électrique, le circuit électrique comprenant un circuit de précharge (208) dudit condensateur agencé en parallèle audit contacteur, dans lequel le circuit de précharge comprend en série dans l’ordre de la source de haute tension vers le condensateur, un fusible (214), un relais basse tension (216) logé dans un boitier métallique (217), un transistor (218) et une résistance de précharge (212), le boitier du relais basse tension étant relié à une borne de la source de haute tension (102). Figure à publier avec l’abrégé : [Fig. 2] Dispositif de précharge pour un circuit haute tension Domaine technique de l’invention L’invention concerne les circuits électriques à haute tension comprenant un dispositif de précharge de condensateurs prévus pour des étages de convertisseurs de puissance des circuits électriques. Etat de la technique antérieure Les réseaux de distribution à haute tension et à courant continu (« High Voltage Direct Current » en anglais, abrégé en HVDC). Une partie d’un exemple d’un tel circuit 100 est représentée en . Le circuit électrique 100 comprend une source 102 de haute tension à courant continu et au moins un élément de stockage capacitif, comme un condensateur 106 arrangé en amont d’un étage de convertisseur de puissance. Le condensateur est destiné au filtrage de la fonction de découpage de l’étage de convertisseur de puissance. A la mise sous tension du réseau, les condensateurs 106 ont besoin d’être chargés car un condensateur déchargé se comporte comme un court-circuit. Pour cela, un circuit de précharge 108 est généralement agencé en parallèle à un contacteur 104 du circuit 100, apte à fermer ou ouvrir le circuit 100 de distribution. Le circuit de précharge 108 comprend un contacteur auxiliaire 110 en série avec une résistance de précharge 112. Le contacteur auxiliaire 110 doit être dimensionné pour supporter la tension du circuit 100. En plus, ce circuit de précharge est souvent conçu pour garantir la même isolation galvanique que le contacteur principal 104. Le contacteur auxiliaire 110 est donc encombrant car il est dimensionné pour supporter le courant de précharge et la tension du réseau délivrée par la source de haute tension. Le contacteur auxiliaire 110 présente généralement des dimensions supérieures à 60 mm. L’invention cherche à remédier à l’un des inconvénients précités. En particulier, l’invention cherche à proposer un circuit électrique à haute tension avec un circuit de précharge moins encombrant et plus robuste. L’invention propose un circuit électrique comprenant au moins un étage de convertisseur électrique et au moins un condensateur arrangé en amont dudit au moins un étage de convertisseur électrique, le circuit électrique comprenant en outre une source de haute tension et un contacteur arrangé en série entre la source de haute tension et le convertisseur électrique, le circuit électrique comprenant un circuit de précharge dudit condensateur agencé en parallèle audit contacteur, dans lequel le circuit de précharge comprend en série dans l’ordre de la source de haute tension vers le condensateur, un fusible, un relais basse tension logé dans un boitier métallique, un transistor et une résistance de précharge, le boitier du relais basse tension étant relié à une borne de la source de haute tension connectée au fusible. L’association du relais basse tension et le transistor permet d’assurer la précharge du condensateur lorsque ces derniers sont fermés et que le contacteur est ouvert, tout en résistant à la haute tension circulant dans le circuit électrique. En outre, une telle association permet de réduire l’encombrement du circuit de précharge. En effet, le relais basse tension présente des dimensions largement inférieures aux dimensions des contacteurs auxiliaires des circuits de l’art antérieur. En plus, le fusible permet de protéger les éléments du circuit électrique dans le cas où un arc électrique se forme dans le boitier du relais basse tension. Le condensateur peut représenter l’étage d’entrée d’un étage de convertisseur d’énergie. Le condensateur peut être agencé en amont de l’étage de convertisseur selon une direction du courant électrique allant de la source de haute tension vers l’étage de convertisseur. Par exemple, l’étage de convertisseur peut comprendre un bus à courant continu. Le condensateur peut être agencé en entrée dudit bus à courant continu. L’étage de convertisseur peut aussi comprendre un onduleur. La source de haute tension peut être configurée pour délivrer un courant électrique continu à une tension comprise entre 270 et 1200 V. Une première borne du fusible peut être reliée à une première polarité de la source de haute tension et une seconde borne du fusible peut être reliée à une première borne du relais basse tension. Une seconde borne du relais basse tension peut être reliée à une première borne du transistor. Une seconde borne du transistor peut être reliée à une première borne de la résistance de précharge. Une seconde borne de la résistance de précharge peut être reliée à une première borne du condensateur. Une seconde borne du condensateur peut être reliée à une seconde polarité opposée à la première polarité de la source de haute tension. Le boitier métallique du relais peut également être relié à la seconde polarité de la source de haute tension. Une première borne du contacteur peut être reliée à la première polarité de la source de haute tension et à la première borne du fusible. Une seconde borne du contacteur peut être reliée à la première borne du condensateur et à la seconde borne de la résistance de précharge. Le fusible peut être configuré pour laisser passer de façon continue un courant limite fonction du courant de charge du condensateur. Le fusible peut être choisi pour supporter la haute tension délivrée par la source de haute tension. Le calibre en courant du fusible peut être choisi pour protéger le câblage des éléments du circuit de précharge. Le fusible permet de protéger le circuit électrique en cas de panne du relais basse tension de précharge menant à un défaut d’isolement sur la partie métallique de ce dernier. Le transistor peut être un transistor bipolaire ou à effet de champ à grille isolée. Alternativement, le transistor peut être de tout autre type de transistor. Le circuit électrique peut comprendre des éléments discrets de commande du contacteur, du relais basse tension et/ou du transistor. Le relais basse tension peut présenter des dimensions inférieures ou égales à 26 mm. Le relais basse tension peut présenter une forme cubique dont le côté est inférieur ou égal à 26 mm. Alternativement, le relais basse tension peut présenter une autre forme par exemple parallélépipèdique. Le relais basse tension peut être configuré pour une tension inférieure ou égale à 30 V, en particulier inférieure ou égale à 28 V. L’invention concerne encore une turbomachine comprenant un circuit électrique tel que précité. Par exemple, un tel circuit électrique peut être agencé en association avec un propulseur électrique de ladite turbomachine. L’invention concerne encore un procédé de précharge d’au moins un condensateur du circuit électrique tel que précité, le procédé comprenant les étapes consistant à : a) déterminer un niveau de charge du condensateur, b) lorsque le niveau de charge est inférieur à un seuil déterminé, commander la fermeture du relais basse tension, c) après la fermeture du relais basse tension, commander la fermeture du transistor. Le procédé peut comprendre une étape d) consistant à fermer le contacteur puis, en particulier à l’issue d’une temporisation, ouvrir le transistor puis ouvrir le relais basse tension, lorsque la tension aux bornes du condensateur est supérieure à un seuil déterminé ou lorsqu’un temps supérieur à une constante de temps du circuit électrique est écoulé. Le seuil déterminé peut être 95% de la tension délivrée par la source de tension. La constante de temps du circuit électrique peut être le produit de la valeur de la résistance de précharge et de la capacitance du condensateur. L’étape d) peut être exécutée après qu’un temps supérieur à trois fois la constante de temps du circuit électrique est écoulé. Le procédé peut comprendre une étape de temporisation d’un temps de latence entre les étapes b) et c), ledit temps de latence étant fonction du temps de réponse de fermeture du relais basse tension. Le temps de latence peut être compris entre 2 ms et 50ms, par exemple égal à 20 ms. Brève description des figures représente un circuit électrique haute tension à courant continu selon l’art antérieur, représente un exemple de réalisation de circuit électrique haute tension à courant continu selon l’invention, représente un exemple de procédé de pilotage de l’exemple du circuit électrique selon la . Description détaillée de l’invention Un exemple de circuit électrique 200 de haute tension à courant continu est représenté partiellement à la . Le circuit électrique 200 comprend une source de tension 102 de haute tension à courant continu et un ou plusieurs étages de convertisseurs de puissance. Le circuit électrique 200 comprend un condensateur 106 arrangé en amont de l’un ou de chaque étage de convertisseur de puissance. Un contacteur 104 apte à fermer ou ouvrir le circuit 200 de distribution est arrangé entre la source de tension 102 et le condensateur 106. La source de tension 102 délivre un courant électrique continu à une haute tension comprise entre 270V et 1200 V. A la mise sous tension du réseau, chaque condensateur 106 a besoin d’être chargé car un condensateur déchargé se comporte comme un court-circuit. Pour cela, un circuit de précharge 208 est agencé en parallèle au contacteur 104. Le circuit de précharge 208 comprend en série depuis la source de tension 102 vers le condensateur 106, un fusible 214, un relais basse tension 216, un transistor 218 et une résistance de précharge 212. Le condensateur 106 peut être tout type d’élément de stockage capacitif. Le transistor 218 est un transistor à effet de champ à grille isolée (en anglais Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor abrégé en « MOSFET ») mais peut être tout autre type de transistor. Le transistor 218 est dimensionné pour supporter à ses bornes une haute tension par exemple comprise entre 270 et 1200 V. Le transistor 218 est de type N mais peut être de type P. La borne source du transistor 218 est reliée à la résistance de précharge 212 et la borne drain du transistor 218 est reliée au relais basse tension 216. Le relais basse tension 216 comprend un boitier 217 métallique. Le relais basse tension 216 est donc à carcasse métallique. Le boitier 217 est relié par un fil ou câble électrique 220 à une borne opposée de la source de tension 102 à la borne de la source de tensions 102 connectée aux fusible et 214 et au contacteur 104. Le relais basse tension 216 a des dimensions inférieures ou égale à 26 mm. Par exemple, le relais basse tension 216 est cubique dont le coté est égales à 26 mm. Le relais basse tension 216 est configuré pour supporter une tension inférieure ou égale à 30 V, en particulier inférieure ou égale à 28 V. L’association du relais basse tension 216 et le transistor 218 permet d’assurer la précharge du condensateur 106 lorsque ces derniers sont fermés et que le contacteur 104 est ouvert, tout en résistant à la haute tension du circuit électrique 200. En outre, une telle association permet de réduire l’encombrement du circuit de précharge 208. Le fusible 214 est calibré pour clarifier la ligne de précharge à l’issue d’un temps de commutation de la résistance de précharge 212 supérieur à un délai déterminé. Le fusible 214 permet de protéger le circuit électrique 200 en cas de panne ne permettant pas de couper la résistance de précharge 212. En outre, si le relais basse tension 216 est commandé à l’ouverture alors que le circuit de précharge 208 est encore alimenté, un arc dans la chambre de coupure du relais basse tension 216 peut se propager jusqu’au boitier 217, celui-ci étant connecté à ladite borne opposée de la source de tension 216, le fusible 214 permet de protéger les éléments du circuit électrique 200 de ce défaut d’isolement. Ainsi, le circuit électrique 200 permet les avantages suivants : un haut degré d’intégration et de compacité de la fonction de précharge dans le circuit haute tensions, une isolation galvanique par relais basse tension, et une clarification de deux mode de pannes : défaut d’isolement du relais basse tension, et défaut d’ouverture du relais basse tension pendant la charge du condensateur. Le circuit électrique 200 peut comprendre des éléments discrets de commande du contacteur 104, du relais basse tension 216 et/ou du transistor 218. Les éléments discrets de commande peuvent être configurés pour ouvrir/fermer le contacteur 104, le relais basse tension 216 et/ou le transistor 218. La figure 3 représente un procédé 300 de pilotage du circuit électrique 200 apte à précharger le condensateur 106. Le procédé 300 comprend une étape préliminaire de détection si le condensateur 106 est déchargé. Par exemple, le condensateur 106 est considéré comme étant déchargé si la tension aux bornes du condensateur 106 est inférieure à 95% de la tension délivrée par la source de tension 102. Dans le cas où le condensateur 106 est déchargé, le procédé 300 comprend une première étape 302 de commande de fermeture du relais basse tension 216, qui consiste à envoyer une consigne de fermeture du relais basse tension 216. Afin de s’assurer que le relais basse tension 216 est bien fermé, le procédé 300 comprend une étape 304 de temporisation. Par exemple, le délai d’attente est déterminé en fonction du temps de réponse pour la fermeture du relais basse tension 216. A l’étape 304, un délai compris entre 2 ms et 50ms, par exemple égal à 20 ms, est attendu avant l’étape 306 de commande de la fermeture du transistor 218. Le relais basse tension 216 et le transistor 218 sont gardés fermés jusqu’à ce que le condensateur 106 soit chargé. A l’étape 308, le niveau de charge du condensateur 106 est déterminé. A cet effet, la tension aux bornes du condensateur est mesurée et le condensateur 106 est considéré comme chargé lorsque cette tension est supérieure à 95% de la tension délivrée par la source de tension 102. Alternativement, le condensateur 106 est considéré comme chargé lorsqu’un temps supérieur à trois fois la constante de temps du circuit électrique 200, notée , est écoulé. La constante de temps est égale au produit de la valeur de la résistance de précharge, notée R, et de la capacitance du condensateur 106, notée C. La constante de temps est donc déterminée par la formule suivante : = R x C. A l’issue de l’étape 308, le contacteur 104 est commandé pour être fermé à l’étape 310. Ensuite, à l’issue d’une temporisation correspondant au temps de réponse du contacteur 104, le procédé 300 comprend une étape 312 d’ouverture du transistor 218 puis l’ouverture du relais basse tension 216, lorsque la précharge du condensateur 106 est terminée. Circuit électrique (200) comprenant au moins un étage de convertisseur électrique et au moins un condensateur (106) arrangé en amont dudit au moins un étage de convertisseur électrique, le circuit électrique comprenant en outre une source de haute tension (102) et un contacteur (104) arrangé en série entre la source de haute tension et le convertisseur électrique, le circuit électrique comprenant un circuit de précharge (208) dudit condensateur agencé en parallèle audit contacteur, dans lequel le circuit de précharge comprend en série dans l’ordre de la source de haute tension vers le condensateur, un fusible (214), un relais basse tension (216) logé dans un boitier métallique (217), un transistor (218) et une résistance de précharge (212), le boitier du relais basse tension étant relié à une borne de la source de haute tension (102) connectée au fusible (214). Circuit électrique (200) selon la revendication 1, dans lequel le fusible (214) est configuré pour laisser passer de façon continue un courant limite fonction du courant du condensateur (106). Circuit électrique (200) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le transistor (218) est un transistor à effet de champ à grille isolée. Circuit électrique (200) selon l’une des revendications précédentes, comprenant des éléments discrets de commande du contacteur (104), du relais basse tension (216) et/ou du transistor (218). Circuit électrique (200) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le relais basse tension (216) présentent des dimensions inférieures ou égales à 26 mm. Turbomachine comprenant un circuit électrique (200) selon l’une des revendications précédentes. Procédé (300) de précharge d’au moins un condensateur du circuit électrique (200) selon l’une des revendications 1 à 5, le procédé comprenant les étapes consistant à : a) déterminer un niveau de charge du condensateur, b) lorsque le niveau de charge est inférieur à un seuil déterminé, commander (302) la fermeture du relais basse tension (216), c) après la fermeture du relais basse tension (216), commander (306) la fermeture du transistor (218). Procédé (300) selon la revendication précédente, comprenant une étape d) consistant à fermer (310) le contacteur (104) puis ouvrir (312) le transistor (218), puis ouvrir le relais basse tension (216), lorsque la tension aux bornes du condensateur est supérieure à un seuil déterminé ou lorsqu’un temps supérieur à une constante de temps du circuit électrique est écoulé. Procédé (300) selon la revendication 7 ou 8, comprenant une étape (304) de temporisation d’un temps de latence entre les étapes b) et c), ledit temps de latence étant fonction du temps de réponse de fermeture du relais basse tension (216).