BE1026573B1 - Procédé d’alimentation d’un appareil électrique en courant électrique continu et accumulateur d’énergie électrique - Google Patents
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Abstract
Procédé d’alimentation d’un appareil électrique en courant électrique continu, lequel comporte l’alimentation d’un accumulateur d’énergie électrique en courant électrique alternatif fourni par un réseau, en particulier un courant électrique d’une tension supérieure à 6KV, lequel courant électrique alternatif est fourni à un moteur électrique faisant partie de l’accumulateur d’énergie électrique, lequel moteur électrique entraîne en rotation un volant d’inertie, lequel moteur électrique est entraîné par un moteur auxiliaire en cas de chute et/ou de perte de l’alimentation en courant électrique alternatif fourni par le réseau, lequel moteur électrique entraîne également en rotation une génératrice qui produit un courant électrique continu de tension moyenne, en particulier une tension supérieure à 350V, laquelle génératrice fournit le courant continu qu’elle a produit à un convertisseur qui le convertit en une tension plus basse qui alimente l’appareil électrique.
Description
Procédé d’alimentation d’un appareil électrique en courant électrique continu et accumulateur d’énergie électrique
La présente invention concerne un procédé d’alimentation d’un appareil électrique en courant électrique continu, lequel comporte l’alimentation d’un accumulateur d’énergie électrique en courant électrique alternatif fourni par un réseau de distribution de courant électrique alternatif, en particulier un courant électrique d’une tension supérieure à 6KV, lequel courant électrique alternatif est fourni à un moteur électrique faisant partie de l’accumulateur d’énergie électrique, en particulier un moteur électrique agencé pour être alimenté par une tension supérieure à 6KV, lequel moteur électrique entraîne en rotation un volant d’inertie, lequel moteur électrique est entraîné par un moteur auxiliaire, en particulier un moteur à combustion, en cas de chute et/ou de perte de l’alimentation en courant électrique alternatif fourni par le réseau de distribution de courant électrique alternatif.
La présente invention concerne également un accumulateur d’énergie électrique comprenant une entrée agencée pour recevoir un courant électrique alternatif fourni par un réseau de distribution de courant électrique alternatif, en particulier un courant électrique d’une tension supérieure à 6KV, lequel accumulateur comporte un arbre de transmission sur lequel sont montés un moteur électrique, en particulier un moteur électrique agencé pour être alimenté par une tension supérieure à 6KV, et un volant d’inertie, lequel moteur électrique est relié à ladite entrée et agencé pour entraîner l’arbre et le volant d’inertie en rotation lorsqu’il est alimenté par ledit courant alternatif, lequel accumulateur comporte également un moteur auxiliaire, en particulier un moteur à combustion, relié par l’intermédiaire d’un organe d’accouplement audit arbre, lequel accumulateur comporte un détecteur de chute de courant agencé pour détecter une chute ou une perte du courant électrique alternatif fourni par le réseau de distribution de courant électrique alternatif et pour produire un signal d’activation
BE2018/0097
-2lors d’une détection d’une telle chute ou perte, lequel moteur auxiliaire est agencé pour être démarré sous contrôle du signal d’activation et lequel organe d’accouplement est agencé pour coupler le moteur à l’arbre sous contrôle du signal d’activation.
Un tel procédé et un tel accumulateur d’énergie sont généralement connus et ils ont pour fonction d’assurer une alimentation continue en énergie électrique, par exemple dans des centrales de gestions de données, où une interruption de l’alimentation en courant électrique des ordinateurs pourrait avoir de sérieuses conséquences, notamment la perte de données. Le moteur électrique entraîne en rotation l’arbre de transmission qui entraîne à son tour le volant d’inertie afin que ce dernier puisse accumuler de l’énergie. L’accumulateur permet ainsi de stocker de l’énergie dans le volant d’inertie et de restituer cette énergie stockée en cas de chute du courant fourni par le réseau dans la période de temps nécessaire pour démarrer le moteur auxiliaire. Ainsi on parvient à éviter qu’une perte de l’alimentation en courant électrique alternatif fourni par le réseau de distribution de courant électrique alternatif cause des dégâts considérables.
Dans les centrales de gestion de données l’équipement électronique, en particulier les ordinateurs, fonctionnent avec du courant électrique continu. Ceci nécessite donc que le courant électrique alternatif fourni par un réseau de distribution soit convertit en courant électrique continu. De plus, comme le courant alternatif fourni par le réseau est souvent du courant à haute tension, par exemple du 12KV à 50Hz, ce courant alternatif est converti dans un premier stade en un courant continu de moyenne tension, par exemple de 380V, pour le distribuer dans l’immeuble où la centrale de gestion est située. Ce courant continu sera ensuite à nouveau converti dans un deuxième stade en une tension plus faible, par exemple de 48V, avant de le fournir à l’équipement électronique.
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-3Un inconvénient des accumulateurs d’énergie connus est qu’ils produisent du courant électrique alternatif. La production de ce courant alternatif, qui doit être combiné au courant alternatif fourni par le réseau, impose des conditions très strictes en matière de phases et de fréquence au courant produit par l’accumulateur, afin d’éviter une disjonction par rapport au courant fourni par le réseau. Ceci nécessite un contrôle strict de la vitesse de rotation de l’arbre. Le courant produit par l’accumulateur est fourni à l’entrée du convertisseur situé au premier stade de la conversion afin de transformer le courant alternatif produit par l’accumulateur en courant continue de moyenne tension. Cette dernière conversion entraîne des pertes d’énergie.
L’invention a pour bût de réaliser un procédé d’alimentation d’un appareil électrique en courant électrique continu ainsi qu’un accumulateur d’énergie électrique où les conditions de production du courant par l’accumulateur sont moins strictes que celles imposées au courant alternatif et où la perte dans la conversion vers le courant continu est réduite.
A cette fin un procédé suivant l’invention est caractérisé en ce que le moteur électrique entraîne également en rotation une génératrice qui produit un courant électrique continu de tension moyenne, en particulier une tension supérieure à 350V, laquelle génératrice fournit le courant continu qu’elle a produit à un convertisseur qui le convertit en une tension plus basse qui alimente l’appareil électrique.
Un accumulateur suivant l’invention est caractérisé en ce qu’il comporte une génératrice agencée pour produire du courant électrique continu de moyenne tension à partir du courant électrique alternatif fourni, ledit accumulateur comprenant une sortie reliée à une borne de sortie de la génératrice.
La production de courant électrique continu par la génératrice, qui fait partie de l’accumulateur, permet de fournir ce courant continu directement au deuxième stade de la conversion où le courant continu
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-4de moyenne tension est converti en un courant continu de basse tension, évitant ainsi la perte d’énergie causée par la conversion en courant continu du courant alternatif produit par l’accumulateur. De plus, comme c’est du courant continu qui est fourni par l’accumulateur, ce courant continu ne doit pas répondre à des strictes conditions de phase et de fréquence imposées au courant alternatif. Des essais ont démontré que l’usage de l’accumulateur suivant l’invention permet de réduire ces pertes d’au moins 15%.
Une première forme de réalisation préférentielle d’un accumulateur d’énergie suivant l’invention est caractérisée en ce que la génératrice est montée sur ledit arbre. Ceci permet d’entraîner la génératrice directement par le moteur de l’accumulateur et le moteur auxiliaire.
Une deuxième forme de réalisation préférentielle d’un accumulateur d’énergie suivant l’invention est caractérisée en ce que la génératrice est une génératrice synchrone ayant un nombre de pôles supérieur à quatre et pourvue d’une diode rectificatrice de courant électrique. Ceci permet d’augmenter l’efficacité de l’accumulateur et de réduire son entretien.
L’invention sera maintenant décrite plus en détails à l’aide des dessins qui illustrent une forme de réalisation de l’accumulateur selon l’invention. Dans les dessins :
La figure 1 montre l’installation classique d’un accumulateur d’énergie ;
La figure 2 illustre une forme de réalisation du procédé suivant l’invention ; et ; et
La figure 3 illustre une forme de réalisation de l’accumulateur suivant l’invention.
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-5Dans les dessins une même référence a été attribuée à un même élément ou à un élément analogue.
La figure 1 montre l’installation classique d’un accumulateur d’énergie 7 qui sert de source auxiliaire en cas de chute et/ou de perte de courant électrique fourni par un réseau 1 de distribution de courant électrique alternatif, en particulier un courant électrique d’une tension supérieure à 6KV, plus particulièrement 12KV à 50 Hz. Le réseau est couplé à un transformateur 2 qui convertit la haute tension en une moyenne tension de par exemple 400V et toujours à 50Hz. Une sortie du transformateur est reliée à une bobine 3. L’accumulateur 7, généralement appelé UPS (Uninterruptible Power Supply), est agencé pour produire de l’énergie électrique sous forme d’un courant électrique alternatif de moyenne ou basse tension. Cet accumulateur comporte un moteur à combustion 18 servant à entraîner en rotation une génératrice de courant électrique. Le moteur à combustion est couplé à la génératrice par l’intermédiaire d’un organe d’accouplement. L’énergie produite par l’accumulateur est couplée par l’intermédiaire de la bobine 3 dans la ligne d’alimentation 8. L’accumulateur comporte également un volant d’inertie (non repris dans la figure 1) pour stocker de l’énergie cinétique qui sera utilisé pour produire du courant électrique durant la période de mis en marche du moteur à combustion.
L’accumulateur 7 a pour fonction d’assurer une alimentation continue en énergie électrique dans des endroits comme par exemple une centrale 6 de gestions de données, où une interruption de l’alimentation en courant électrique pourrait avoir de sérieuses conséquences. Dès qu’une chute et/ou une perte d’électricité est constatée un moteur auxiliaire, qui fait partie de l’accumulateur, est mis en marche pour produire de l’électricité. A cette fin l’accumulateur comporte un détecteur de chute de courant agencé pour détecter une chute ou une perte du courant électrique alternatif fourni par le réseau de distribution de courant électrique alternatif. Ce détecteur est agencé pour
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-6produire un signal d’activation lors d’une détection d’une telle chute et/ou perte. Le moteur auxiliaire est quant à lui agencé pour être démarré sous contrôle du signal d’activation, et l’organe d’accouplement est agencé pour coupler le moteur auxiliaire à l’arbre sous contrôle du signal d’activation.
Dans la centrale 6 de gestion de données l’équipement électronique, en particulier les ordinateurs, fonctionnent avec du courant électrique continu. Ceci nécessite donc que le courant électrique alternatif fourni par le réseau de distribution de courant électrique alternatif doit être convertit en courant électrique continu. A cette fin le courant alternatif fourni à la sortie de la bobine 3 est convertit dans un premier stade par l’intermédiaire d’un premier convertisseur 4 en un courant continu de moyenne tension, par exemple de 380V, pour le distribuer dans l’immeuble où la centrale de gestion est située. Ce courant continu sera ensuite à nouveau converti dans un deuxième stade par l’intermédiaire d’un deuxième convertisseur 5 en une tension plus faible avant de le fournir à l’équipement électronique en tant que courant continu de basse tension, par exemple de 48V.
Cette conversion en deux stades s’applique dans l’installation classique de l’accumulateur également à l’énergie produite par l’accumulateur ce qui a pour conséquence que des pertes d’énergie se produisent au niveau de cette double conversion réduisant ainsi l’efficacité de la source auxiliaire.
La figure 2 illustre une forme de réalisation de l’accumulateur et du procédé suivant l’invention. Cette forme de réalisation se distingue de celle illustrée à la figure 1 par le fait que le premier stade de conversion n’est plus présent. Suivant l’invention le courant alternatif de haute tension fournit par le réseau 1 est directement fourni à un moteur de haute tension 12. L’accumulateur 7 comporte également une génératrice 10 agencée pour produire du courant électrique continu de moyenne tension à partir du courant électrique alternatif fourni. A cette
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-7fin le moteur 12 est relié à la génératrice 10. L’accumulateur comprend également une sortie 11 reliée à une borne de sortie de la génératrice
10. Cette sortie 11 est directement reliée à l’entrée du deuxième convertisseur 5. Ainsi l’accumulateur produit directement du courant électrique continu de moyenne tension et il n’est plus nécessaire de convertir d’abord le courant alternatif de haute tension en courant continu de haute tension, comme c’est le cas dans l’art antérieur. Le fait d’éviter le premier stade de conversion permet ainsi de réduire la perte d’énergie. Des essais ont démontré que l’usage de l’accumulateur suivant l’invention permet de réduire ces pertes d’au moins 15%.
La figure 3 illustre une forme de réalisation de l’accumulateur suivant l’invention. L’accumulateur 7 d’énergie électrique comporte une entrée 13 agencée pour recevoir le courant électrique alternatif fourni par le réseau de distribution 1 de courant électrique alternatif. L’accumulateur comporte un arbre de transmission 14 sur lequel sont montés le moteur électrique 12, en particulier un moteur électrique agencé pour être alimenté par une tension supérieure à 6KV et un volant d’inertie 15. Le moteur électrique 12 est relié à l’entrée 13 et est agencé pour entraîner l’arbre et le volant d’inertie en rotation lorsqu’il est alimenté par ledit courant alternatif. La génératrice 10 est montée sur l’arbre 14 de telle façon que la rotation de l’arbre va entraîner la génératrice en rotation et ainsi produire du courant électrique continu de moyenne tension.
L’arbre 14 est également relié par l’intermédiaire d’un organe d’accouplement 6 à un moteur auxiliaire 17, en particulier un moteur à combustion. L’accumulateur comporte un détecteur de chute de courant (non illustré) agencé pour détecter une chute ou une perte du courant électrique alternatif fourni par le réseau de distribution de courant électrique alternatif. Lorsqu’une telle chute ou perte est détectée le détecteur va produire un signal d’activation. Le moteur auxiliaire 17 est agencé pour être démarré sous contrôle du signal d’activation et l’organe
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-8d’accouplement est agencé pour coupler le moteur auxiliaire à l’arbre sous contrôle du signal d’activation.
De préférence la génératrice est une génératrice synchrone ayant au moins quatre pôles et pourvue d’une diode rectificatrice de courant 5 électrique.
Le fait que la génératrice produit directement du courant continu évite de devoir contrôler de façon très précise la vitesse de rotation de l’arbre. En effet comme c’est du courant continu qui est produit il ne faut plus se soucier ni de la fréquence, ni de la phase du 10 courant produit. Ceci facilite donc la production du courant continu et la rend plus efficace et moins chère.
Claims (5)
- Revendications1. Procédé d’alimentation d’un appareil électrique en courant électrique continu, lequel comporte l’alimentation d’un accumulateur d’énergie électrique en courant électrique alternatif fourni par un réseau de distribution de courant électrique alternatif, en particulier un courant électrique d’une tension supérieure à 6KV, lequel courant électrique alternatif est fourni à un moteur électrique faisant partie de l’accumulateur d’énergie électrique, en particulier un moteur électrique agencé pour être alimenté par une tension supérieure à 6KV, lequel moteur électrique entraîne en rotation un volant d’inertie, lequel moteur électrique est entraîné par un moteur auxiliaire, en particulier un moteur à combustion, en cas de chute et/ou de perte de l’alimentation en courant électrique alternatif fourni par le réseau de distribution de courant électrique alternatif, caractérisé en ce que le moteur électrique entraîne également en rotation une génératrice qui produit un courant électrique continu de tension moyenne, en particulier une tension supérieure à 350V, laquelle génératrice fournit le courant continu qu’elle a produit à un convertisseur qui le convertit en une tension plus basse qui alimente l’appareil électrique.
- 2. Accumulateur d’énergie électrique comprenant une entrée agencée pour recevoir un courant électrique alternatif fourni par un réseau de distribution de courant électrique alternatif, en particulier un courant électrique d’une tension supérieure à 6KV, lequel accumulateur comporte un arbre de transmission sur lequel sont montés un moteur électrique, en particulier un moteur électrique agencé pour être alimenté par une tension supérieure à 6KV, et un volant d’inertie, lequel moteur électrique est relié à ladite entrée et agencé pour entraîner l’arbre et le volant d’inertie en rotation lorsqu’il est alimenté par ledit courant alternatif, lequel accumulateur comporte également un moteur auxiliaire, en particulier un moteur à combustion, relié par l’intermédiaire d’un organe d’accouplement audit arbre, lequel accumulateur comporte unBE2018/0097-10détecteur de chute de courant agencé pour détecter une chute ou une perte du courant électrique alternatif fourni par le réseau de distribution de courant électrique alternatif et pour produire un signal d’activation lors d’une détection d’une telle chute ou perte, lequel moteur auxiliaire est agencé pour être démarré sous contrôle du signal d’activation, lequel organe d’accouplement est agencé pour coupler le moteur auxiliaire à l’arbre sous contrôle du signal d’activation, caractérisé en ce qu’il comporte une génératrice agencée pour produire du courant électrique continu de tension moyenne à partir du courant électrique alternatif fourni, ledit accumulateur comprenant une sortie reliée à une borne de sortie de la génératrice.
- 3. Accumulateur d’énergie électrique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la génératrice est montée sur ledit arbre.
- 4. Accumulateur d’énergie électrique suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la génératrice est agencée pour produire du courant continue ayant une tension supérieure à 350V, en particulier de 380V.
- 5. Accumulateur d’énergie électrique suivant l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la génératrice est une génératrice synchrone ayant un nombre de pôles supérieur à quatre et pourvue d’une diode rectificatrice de courant électrique.
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