EP3266101A1 - Ensemble electromecanique comportant un alternateur - Google Patents

Ensemble electromecanique comportant un alternateur

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EP3266101A1
EP3266101A1 EP16707758.5A EP16707758A EP3266101A1 EP 3266101 A1 EP3266101 A1 EP 3266101A1 EP 16707758 A EP16707758 A EP 16707758A EP 3266101 A1 EP3266101 A1 EP 3266101A1
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EP
European Patent Office
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alternator
voltage
assembly according
assembly
mode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16707758.5A
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German (de)
English (en)
Inventor
Christian Andrieux
Daniel Ehanno
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Moteurs Leroy Somer SA
Original Assignee
Moteurs Leroy Somer SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Moteurs Leroy Somer SA filed Critical Moteurs Leroy Somer SA
Publication of EP3266101A1 publication Critical patent/EP3266101A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
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    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • Electromechanical assembly comprising an alternator
  • the present invention relates to the conversion of mechanical energy, obtained for example by means of a heat engine, into electrical energy.
  • the invention relates to an electromechanical assembly comprising an alternator, in particular of high power, typically greater than or equal to 200 kW.
  • An alternator comprises, in a manner known per se, an inductor winding, generally at the rotor, fed with direct current either by rings and brushes, or by an exciter, so as to generate, in an armature winding, generally at the stator, a AC voltage.
  • a first solution is to rectify the AC voltage delivered by the alternator 10 by means of a simple diode bridge 11.
  • the excitation of the rotor of the alternator by means of an exciter 12 or by a set consisting of rings and brushes is permanently adapted by a regulator 13, to maintain a constant DC voltage regardless of the speed of the driving member and the power to be delivered.
  • a second solution illustrated in FIG. 2, consists of a rectification of the AC voltage delivered by the alternator 10 by means of an active rectifier 15 composed of an IGBT inverter controlled in pulse width modulation.
  • the transistors 16 of the inverter are not controlled and the rectification performs the same as described for solution 1.
  • the excitation current of the pole wheel is kept fixed and the transistors of the inverter are controlled to raise the voltage to the desired level.
  • the publication WO 2012/110979 A1 describes in particular a means of arbitrating between the two types of operation, in order to minimize the level of overall losses of the system. This solution allows operation over a wide speed range, for example from 40% to 120% of the nominal speed, but nevertheless has the following drawbacks:
  • a third solution illustrated in FIG. 3, consists in a rectification of the AC voltage delivered by the alternator 10 by means of a diode bridge 11 in association with an elevator chopper 17, as described in the application US2002 / 105819.
  • the elevator chopper is not controlled and the straightening is performed identically to what is described for the first solution.
  • the excitation current of the pole wheel is kept fixed and the elevator chopper is activated to raise the voltage to the desired level.
  • This third solution allows operation over a wide speed range, for example 40%> to 120% of the nominal speed.
  • it has the following drawbacks:
  • the diodes of the rectifier bridge must be fast-recoverable because they are subjected to the high voltage dV / dt of the chopper; these fast recovery diodes are much more expensive than standard overlay diodes of the first solution;
  • the switches of the elevator chopper can induce partial discharges which reduce the life of the winding of the alternator.
  • an electromechanical assembly comprising:
  • An elevator circuit connected via a filter to the output of the alternator and delivering a voltage to the DC bus.
  • the rectifier is preferably a diode rectifier. These can be standard recovery time, including t rr (reverse recovery time) greater than or equal to 4 ⁇ 8.
  • the filter may include a series inductor on each of the output phases.
  • the value of the inductance is for example between 40 ⁇ and 80 ⁇ , in particular for a converter of 500kW connected to a DC bus of 650V, or between 120 ⁇ and 240 ⁇ , in particular for a converter 500kW connected to a DC bus of 1000V.
  • the value of the inductances is chosen so that at the rated current, the voltage drop of the inductor is between 4% and 12% of the rated voltage of the alternator.
  • the filter can have two capacities connecting each phase to the DC bus. These two abilities can be equal.
  • the value of each capacity can be between 80 ⁇ and 300 ⁇ , especially for a 500kW converter connected to a 650V DC bus, or between 25 ⁇ and ⁇ , especially for a 500kW converter connected to a 1000V DC bus.
  • each capacitor is chosen so that the cutoff frequency of the LC filter is between 1000Hz and 5000Hz.
  • the capacitors are preferably connected to the upstream terminal of the inductances, that is to say to that which is connected to the alternator.
  • the LC filter can be damped, for example by inserting a resistor in series with the capacitors.
  • the boost circuit can be sized for a fraction of the maximum power to be transmitted, in particular less than 1 ⁇ 2 of the rated power, while the rectifier is sized for the maximum power to be transmitted.
  • the rotor can be powered by an ac / dc converter.
  • the regulator can act on the excitation current If of an exciter of the alternator.
  • the excitation current is regulated so as to slave the DC bus voltage to a set value.
  • the voltage of the alternator is rectified and raised by the boost circuit at a reference voltage Udc ref.
  • the excitation current of the alternator can be adjusted so that the magnetic saturation level of the alternator does not exceed a predefined value, for example to have a saturation coefficient between 1.25 and 1.6.
  • the elevator circuit preferably comprises an inverter.
  • the inverter in the second mode of operation, can be controlled by a pulse width modulation (PWM) technique.
  • PWM pulse width modulation
  • the invention also relates to a method for generating electricity, in which the alternator is rotated by an electromechanical assembly according to the invention, as defined above.
  • the first mode of operation can be selected when the speed of the alternator is preferably between 80% and 120% of its rated speed, and the second mode of operation is selected when the speed of the alternator is lower than that of the generator.
  • the first mode preferably less than 80%> of its nominal speed.
  • the second mode of operation can be selected when the power to be transmitted is lower than in the first mode.
  • FIG. 4 is a diagram of an exemplary assembly according to the invention
  • FIG. 5 represents an example of the variation of the power as a function of the speed of the rotation
  • FIG. 6 illustrates an example of a regulation circuit
  • Figure 7 is a timing diagram of the voltages of the inverter.
  • the assembly 100 comprises, as illustrated in FIG. 1, a synchronous alternator 110 with wound rotor, the rotor of which is fed with direct current by an exciter 112 associated with a converter ac / dc rotating 119.
  • a regulator of voltage 113 connected to the inductor winding of the exciter allows to regulate the DC bus voltage.
  • a rectifier 111 consisting of diodes d1 to d6, in particular standard recovery time diodes (t rr ), rectifies the voltage of the alternator 110.
  • This rectifier 11 1 is sized for the maximum power to be delivered.
  • An elevator circuit 115 is connected to the alternator and the DC bus.
  • This elevator circuit 115 is composed of a voltage inverter, for example an inverter with switching elements 11 to 16 constituted by IGBTs. The inverter 115 is controlled in pulse width modulation.
  • An RLC filter connects the alternator 110 to the inverter 115.
  • This filter comprises inductances 120 in series with the output phases of the alternator and capacitance pairs 130, 131 connected to the DC bus.
  • the filter has six capacitances C1 to C6, connected in pairs at each phase.
  • the elevator circuit 115 is sized for only a fraction of the maximum power to be delivered.
  • the alternator is driven by a heat engine.
  • the driving member is for example a wind turbine.
  • the alternator is always wound rotor but the rotor is supplied with direct current by a set of rings and brushes.
  • the AC alternator voltage is rectified by the diodes d1 to d6.
  • the excitation current of the rotor If is permanently adapted by the regulator 113 to control the DC voltage Udc at a reference value Udc ref, which can be constant or variable.
  • the regulator is for example a commercial regulator such as the reference D510 Leroy Somer company. Only a non-dimensional residual current flows through the switching elements 11 to 16 of the inverter. This mode of operation is preferably used in a zone B of the power / speed plane where the excitation current If of the rotor necessary to reach the desired DC voltage does not lead to a saturation of the magnetic circuit of the alternator. This zone of the power / speed plan is located, as can be seen in FIG. 5, where the power to be supplied is the highest.
  • a second mode of operation preferably used at the lowest speeds, corresponding to the zone A in FIG. 5, the voltage of the alternator is rectified and raised by the inverter to the reference voltage Udc ref.
  • the rotor excitation current is set so that the saturation level of the alternator does not exceed a certain defined value in order, among other things, to minimize the losses, for example to maintain a coefficient of saturation less than 1.25.
  • the filter consisting of inductors 120 and capacitors C1 to C6 strongly attenuates the Vau, Vav, Vaw points the harmonics of the voltages Viu, Viv, Viw of the inverter in differential mode and in common mode.
  • the body driving the alternator can only deliver a portion of its maximum power, which makes it possible to dimension the inverter, the inductors and the capacitors only. at a fraction of the nominal power, for example 1 ⁇ 2 of the rated power for a generator whose power of the heat engine decreases in N 3 .
  • the reference d, q used is an orthonormal reference rotating at the frequency of the fundamental voltage of the alternator.
  • the fictitious currents id, iq are obtained after applying a three-phase / two-phase transformation followed by a rotation of angle ⁇ to the three currents Iiu, Iiv, Iiw.
  • the angle ⁇ is chosen such that a change in the value of the current iq acts only on the active power input of the inverter and a change in the value of the current id acts only on the reactive power.
  • the value of the DC bus voltage is regulated at the reference value Udc ref by a PID (Proportional Integral Differential) type corrector 201 whose output constitutes the current setpoint iq_ref.
  • PID Proportional Integral Differential
  • the current setpoint id ref is chosen for example to minimize the losses of the alternator as described in the publication WO 2012/110979 A1.
  • Two correctors PI Proportional Integral 202 and 203 make it possible to enslave the currents id and iq with the respective instructions id ref and iq_ref.
  • the output of these two current regulators represents, in the rotating reference, the 2 orthonormal components Vd, Vq of the voltage vector to be applied to the input of the inverter.
  • the condition on the angle ⁇ quoted above is fulfilled when the voltage Vd is equal to 0.
  • the correctors PI 204 and I (Integral) 205 act as a PLL loop (phase locked loop). They enslave the voltage Vd to 0 and allow to define the angle ⁇ .
  • the “Modulation” block defines the closing and opening times of the switching elements of each arm of the inverter, according to a known Pulse Width Modulation (PWM) method.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the technique chosen is a PWM pulse width modulation with fixed modulation frequency, where only 2 of the 3 arms of the inverter switch at each switching period, as illustrated in FIG.
  • the inverter that does not switch is, for example, the one whose absolute value of the current is the highest of the 3 arms in order to minimize the losses of the inverter.
  • the cyclic ratios of the two switching phases depend on the values Vd_ref, Vq_ref, the angle ⁇ and the voltage Udc, as illustrated in FIG. 7.
  • the invention is not limited to the example which has just been described.
  • the diode bridge 111 can be replaced by a thyristor bridge or a mixed bridge.
  • the inverter can be replaced by a chopper.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Ensemble électromécanique (100) comportant : - Un alternateur (110), à rotor bobiné, - un régulateur (113) agissant sur l'excitation de l'alternateur, - un redresseur (111) en sortie de l'alternateur, délivrant une tension redressée à un bus continu, - un circuit élévateur (115) relié par l'intermédiaire d'un filtre (120, 130) à la sortie de l'alternateur et délivrant une tension au bus continu.

Description

Ensemble électromécanique comportant un alternateur
La présente invention concerne la conversion de l'énergie mécanique, obtenue par exemple grâce à un moteur thermique, en énergie électrique.
L'invention concerne un ensemble électromécanique comportant un alternateur, notamment de forte puissance, typiquement supérieure ou égale à 200kW.
Un alternateur comporte de manière connue en soi un enroulement d'inducteur, généralement au rotor, alimenté en courant continu soit par des bagues et balais, soit par une excitatrice, de manière à générer dans un enroulement d'induit, généralement au stator, une tension alternative. II existe plusieurs solutions connues pour délivrer une tension continue à partir d'un alternateur fonctionnant à vitesse variable.
Une première solution, illustrée à la figure 1, consiste à redresser la tension alternative délivrée par l'alternateur 10 au moyen d'un simple pont de diodes 11. L'excitation du rotor de l'alternateur au moyen d'une excitatrice 12 ou par un ensemble composé de bagues et balais est adaptée en permanence par un régulateur 13, pour maintenir une tension continue constante quelle que soit la vitesse de l'organe entraînant et la puissance à délivrer.
Cette solution simple et robuste n'est utilisable que lorsque la plage de variation de vitesse et de puissance est relativement faible. Par exemple pour un groupe électrogène dont la puissance du moteur thermique diminue en N3, la plage de variation de vitesse de rotation est typiquement de 75% à 120% de la vitesse nominale de rotation. L'élargissement de cette plage de vitesse vers le bas suppose un surdimensionnement important de l'alternateur, ce qui en augmente le coût.
Une deuxième solution, illustrée à la figure 2, consiste en un redressement de la tension alternative délivrée par l'alternateur 10 au moyen d'un redresseur actif 15 composé d'un onduleur à IGBT, commandé en modulation de largeur d'impulsions. Pour certains points de fonctionnement, en particulier ceux dont le courant d'excitation du rotor nécessaire pour obtenir la tension continue souhaitée ne conduit pas à une saturation du circuit magnétique, les transistors 16 de l'onduleur ne sont pas commandés et le redressement s'effectue à l'identique de ce qui est décrit pour la solution 1. Pour les autres points de fonctionnement, le courant d'excitation de la roue polaire est maintenu fixe et les transistors de l'onduleur sont pilotés pour élever la tension au niveau souhaité. La publication WO 2012/110979 Al décrit notamment un moyen d'arbitrer entre les deux types de fonctionnement, afin de minimiser le niveau de pertes globales du système. Cette solution permet un fonctionnement sur une large plage de vitesse, par exemple de 40% à 120% de la vitesse nominale, mais présente toutefois les inconvénients suivants :
- Elle est coûteuse car l'onduleur doit être dimensionné pour la puissance maximale fournie par l'alternateur ;
- les commutations de l'onduleur génèrent des courants de mode commun importants qui peuvent circuler dans les roulements de l'alternateur et altérer leur durée de vie, et créer un rayonnement électromagnétique qui risque d'interférer sur les autres équipements électriques de l'installation ; et
- les commutations de l'onduleur peuvent induire des décharges partielles qui réduisent la durée de vie du bobinage de l'alternateur.
Une troisième solution, illustrée à la figure 3, consiste en un redressement de la tension alternative délivrée par l'alternateur 10 au moyen d'un pont de diodes 11 en association avec un hacheur élévateur 17, comme décrit dans la demande US2002/105819. Pour une partie des points de fonctionnement, en particulier ceux dont le courant d'excitation du rotor nécessaire pour obtenir la tension continue souhaitée ne conduit pas à une saturation du circuit magnétique de l'alternateur, le hacheur élévateur n'est pas commandé et le redressement s'effectue à l'identique de ce qui est décrit pour la première solution. Pour les autres points de fonctionnement, le courant d'excitation de la roue polaire est maintenu fixe et le hacheur élévateur est activé pour élever la tension au niveau souhaité.
Cette troisième solution permet un fonctionnement sur une large plage de vitesse, par exemple de 40%> à 120% de la vitesse nominale. Elle présente toutefois les inconvénients suivants :
- Les diodes du pont redresseur doivent être à recouvrement rapide car elles sont soumises aux forts dV/dt du hacheur élévateur ; ces diodes à recouvrement rapide sont beaucoup plus coûteuses que les diodes à recouvrement standard de la première solution ;
- les commutations du hacheur élévateur génèrent des courants de mode commun importants qui peuvent circuler dans les roulements de l'alternateur et altérer leur durée de vie, et créent un rayonnement électromagnétique qui risque d'interférer sur les autres équipements électriques de l'installation, comme dans le deuxième solution ; et
- les commutations du hacheur élévateur peuvent induire des décharges partielles qui réduisent la durée de vie du bobinage de l'alternateur.
Il existe par conséquent un besoin pour remédier aux inconvénients ci-dessus, et l'invention y parvient grâce à un ensemble électromécanique, comportant :
- un alternateur, à rotor bobiné,
- un régulateur agissant sur l'excitation de l'alternateur,
- un redresseur en sortie de l'alternateur, délivrant une tension redressée à un bus continu,
- un circuit élévateur relié par l'intermédiaire d'un filtre à la sortie de l'alternateur et délivrant une tension au bus continu.
Par rapport aux solutions connues, l'invention permet :
De fonctionner sur une large plage de régime variable, notamment à vitesse et à puissance variable, au moyen d'un circuit élévateur dimensionné à une fraction de la puissance maximale à transmettre, et d'un redresseur dimensionné pour la puissance maximale. Cette solution est beaucoup moins coûteuse que les deuxième et troisième solutions ci-dessus ;
d'utiliser un pont redresseur dont les composants sont à temps de recouvrement standard, contrairement à la troisième solution ci-dessus ;
d'éliminer le risque de courants de mode commun dans les roulements de l'alternateur ; et
d'éliminer le risque de décharge partielle dans le bobinage de l'alternateur. Le redresseur est de préférence un redresseur à diodes. Ces dernières peuvent être à temps de recouvrement standard, notamment trr (reverse recovery time) supérieur ou égal à 4μ8.
Le filtre peut comporter une inductance en série sur chacune des phases de sortie. La valeur de l'inductance est par exemple comprise entre 40μΗ et 80μΗ, notamment pour un convertisseur de 500kW connecté à un bus DC de 650V, ou entre 120μΗ et 240μΗ, notamment pour un convertisseur 500kW connecté à un bus DC de 1000V.
De préférence, la valeur des inductances est choisie de telle sorte qu' au courant nominal, la chute de tension de l'inductance soit comprise entre 4% et 12% de la tension nominale de l'alternateur.
Le filtre peut comporter deux capacités reliant chaque phase au bus continu. Ces deux capacités peuvent être égales. La valeur de chaque capacité peut être comprise entre 80μΡ et 300μΡ, notamment pour un convertisseur de 500kW connecté à un bus DC de 650V, ou entre 25μΡ et ΙΟΟμΡ, notamment pour un convertisseur de 500kW connecté à un bus DC de 1000V.
De préférence, la valeur de chaque capacité est choisie de telle sorte que la fréquence de coupure du filtre LC soit comprise entre 1000Hz et 5000Hz.
Les capacités sont de préférence reliées à la borne amont des inductances, c'est-à-dire à celle qui est reliée à l'alternateur.
Le filtre LC peut être amorti, par exemple par insertion d'une résistance en série avec les condensateurs.
Le circuit élévateur peut être dimensionné pour une fraction de la puissance maximale à transmettre, notamment inférieure à ½ de la puissance nominale, tandis que le redresseur est dimensionné pour la puissance maximale à transmettre.
Le rotor peut être alimenté par un convertisseur ac/dc.
Le régulateur peut agir sur le courant d'excitation If d'une excitatrice de l'alternateur. Dans un premier mode de fonctionnement de l'ensemble selon l'invention, le courant d'excitation est régulé de manière à asservir la tension du bus continu à une valeur de consigne.
Dans un deuxième mode de fonctionnement, la tension de l'alternateur est redressée et élevée par le circuit élévateur à une tension de consigne Udc ref. Le courant d'excitation de l'alternateur peut être réglé pour que le niveau de saturation magnétique de l'alternateur n'excède pas une valeur prédéfinie, par exemple pour avoir un coefficient de saturation compris entre 1.25 et 1.6.
Le circuit élévateur comporte de préférence un onduleur. Dans ce cas, dans le deuxième mode de fonctionnement, l'onduleur peut être commandé par une technique de modulation de largeur d'impulsion (MLI à fréquence de modulation fixe.
L'invention porte également sur un procédé de production d'électricité, dans lequel on entraîne en rotation l'alternateur d'un ensemble électromécanique selon l'invention, tel que défini ci-dessus. Le premier mode de fonctionnement peut être sélectionné lorsque la vitesse de l'alternateur est comprise de préférence entre 80% et 120% de sa vitesse nominale, et le deuxième mode de fonctionnement être sélectionné quand la vitesse de l'alternateur est plus faible que celle du premier mode, de préférence inférieure à 80%> de sa vitesse nominale. Le deuxième mode de fonctionnement peut être sélectionné quand la puissance à transmettre est plus faible que dans le premier mode.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en œuvre non limitatif de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - les figures 1 à 3, précédemment décrites, illustrent l'état de l'art, la figure 4 est un schéma d'un exemple d'ensemble selon l'invention, la figure 5 représente un exemple de la variation de la puissance en fonction de la vitesse de rotation, la figure 6 illustre un exemple de circuit de régulation, et la figure 7 est un chronogramme des tensions de l'onduleur.
L'ensemble 100 selon l'invention comporte, comme illustré à la figure 1, un alternateur synchrone 110 à rotor bobiné, dont le rotor est alimenté en courant continu par une excitatrice 112 associé à un convertisseur ac/dc tournant 119. Un régulateur de tension 113 connecté à l'enroulement inducteur de l'excitatrice permet de réguler la tension du bus continu.
Un redresseur 111 constitué de diodes dl à d6, en particulier de diodes à temps de recouvrement (trr) standard, redresse la tension de l'alternateur 110. Ce redresseur 11 1 est dimensionné pour la puissance maximale à délivrer. Un circuit élévateur 115 est connecté à l'alternateur et au bus continu. Ce circuit élévateur 115 est composé d'un onduleur de tension, par exemple un onduleur à éléments de commutation il à i6 constitués par des IGBT. L'onduleur 115 est commandé en modulation de largeur d'impulsion.
Un filtre RLC relie l'alternateur 110 à l'onduleur 115. Ce filtre comporte des inductances 120 en série avec les phases de sortie de l'alternateur et des paires de capacités 130, 131 reliées au bus continu. Le filtre comporte six capacités cl à c6, reliées par paires à chaque phase. Le circuit élévateur 115 est dimensionné pour une fraction seulement de la puissance maximale à délivrer.
L'alternateur est entraîné par un moteur thermique. En variante, l'organe entraînant est par exemple une éolienne.
Dans une variante non illustrée, l'alternateur est toujours à rotor bobiné mais le rotor est alimenté en courant continu par un ensemble composé de bagues et balais.
Dans un premier mode de fonctionnement, la tension alternative de l'alternateur est redressée par les diodes dl à d6. Le courant d'excitation du rotor If est adapté en permanence par le régulateur 113 pour asservir la tension continue Udc à une valeur de consigne Udc ref, qui peut être constante ou variable.
Le régulateur est par exemple un régulateur du commerce comme celui de référence D510 de la société Leroy Somer. Seul un courant résiduel non dimensionnant parcourt les éléments de commutation il à i6 de l'onduleur. Ce mode de fonctionnement est utilisé de préférence dans une zone B du plan puissance/vitesse où le courant d'excitation If du rotor nécessaire pour atteindre la tension continue de consigne ne conduit pas à une saturation du circuit magnétique de l'alternateur. Cette zone du plan puissance/vitesse est localisée, comme visible sur la figure 5, où la puissance à fournir est la plus élevée.
Dans un second mode de fonctionnement, utilisé de préférence aux vitesses les plus faibles, correspondant à la zone A sur la figure 5, la tension de l'alternateur est redressée et élevée par l'onduleur à la tension de consigne Udc ref. Dans ce mode de fonctionnement, le courant d'excitation du rotor est réglé pour que le niveau de saturation de l'alternateur n'excède pas une certaine valeur définie afin, entre autres, de minimiser les pertes, par exemple pour maintenir un coefficient de saturation inférieur à 1.25.
Le filtre constitué des selfs 120 et des condensateurs cl à c6 atténue fortement aux points Vau, Vav, Vaw les harmoniques des tensions Viu, Viv, Viw de l'onduleur en mode différentiel et en mode commun.
Le bénéfice de ce filtrage garantit que les commutations de l'onduleur n'ont pas d'impact sur la fiabilité du bobinage de l'alternateur. Il garantit également l'absence de fronts raides de tension entre les 3 phases de l'alternateur et la masse du système, qui seraient susceptibles de détruire les roulements de l'alternateur par création de courants de mode commun, et la non conduction des diodes dl à d6, notamment aux instants de commutations de l'onduleur, ce qui autorise l'utilisation de diodes à temps de recouvrement standard.
Dans la zone d'utilisation privilégiée de ce second mode de fonctionnement, l'organe entraînant l'alternateur ne peut délivrer qu'une partie de sa puissance maximale, ce qui permet de ne dimensionner l'onduleur, les selfs et les condensateurs qu'à une fraction de la puissance nominale, par exemple ½ de la puissance nominale pour un groupe électrogène dont la puissance du moteur thermique diminue en N3.
Pour ce second mode de fonctionnement, il existe plusieurs méthodes connues pour réguler la tension Udc à la valeur de consigne Udc ref et pour générer les ordres de commande de l'onduleur. L'une de ces méthodes va être décrite en référence à la figure 6.
Le repère d,q utilisé est un repère orthonormé tournant à la fréquence de la tension fondamentale de l'alternateur. Les courants fictifs id, iq sont obtenus après avoir appliqué une transformation triphasée/diphasée suivi d'une rotation d'angle Θ aux 3 courants Iiu, Iiv, Iiw. L'angle Θ est choisi de telle sorte qu'une modification de la valeur du courant iq n'agit que sur la puissance active en entrée de l'onduleur et qu'une modification de la valeur du courant id n'agit que sur la puissance réactive.
La valeur de la tension du bus continu est régulée à la valeur de consigne Udc ref par un correcteur de type PID (Proportionnel Intégral Différentiel) 201 dont la sortie constitue la consigne de courant iq_ref.
La consigne de courant id ref est choisie pour par exemple minimiser les pertes de l'alternateur comme décrit dans la publication WO 2012/110979 Al .
Deux correcteurs PI (Proportionnel Intégral) 202 et 203 permettent d'asservir les courants id et iq aux consignes respectives id ref et iq_ref. La sortie de ces deux régulateurs de courant représente, dans le repère tournant, les 2 composantes orthonormées Vd, Vq du vecteur de tension qui doit être appliqué en entrée de l'onduleur.
La condition sur l'angle Θ citée ci-dessus est remplie lorsque la tension Vd est égale à 0. Les correcteurs PI 204 et I (Intégral) 205 agissent comme une boucle PLL (boucle à verrouillage de phase). Ils asservissent la tension Vd à 0 et permettent de définir l'angle Θ.
Le bloc « Modulation » définit les instants de fermeture et d'ouverture des éléments de commutation de chacun des bras de l'onduleur, suivant une méthode de Modulation de Largeur d'Impulsion (MLI) connue.
Dans l'exemple considéré, la technique choisie est une modulation de largeur d'impulsion MLI à fréquence de modulation fixe, où seuls 2 des 3 bras de l'onduleur commutent à chaque période de découpage, comme illustré sur la figure 7. Le bras d'onduleur qui ne commute pas est, par exemple, celui dont la valeur absolue du courant est la plus élevée des 3 bras afin de minimiser les pertes de l'onduleur. Les rapports cycliques des 2 phases qui commutent dépendent des valeurs Vd_ref , Vq_ref , de l'angle Θ et de la tension Udc, comme illustré sur la figure 7. L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. En particulier, on peut remplacer le pont de diodes 111 par un pont à thyristors ou par un pont mixte.
On peut également utiliser plusieurs ponts de diodes
On peut remplacer l'onduleur par un hacheur élévateur.
L'expression "comportant un" doit se comprendre comme étant synonyme de
"comprenant au moins un".

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble électromécanique (100) comportant :
- Un alternateur ( 110), à rotor bobiné,
- un régulateur (113) agissant sur l'excitation de l'alternateur,
- un redresseur (111) en sortie de l'alternateur, délivrant une tension redressée à un bus continu,
- un circuit élévateur (115) relié par l'intermédiaire d'un filtre (120, 130) à la sortie de l'alternateur et délivrant une tension au bus continu.
2. Ensemble selon la revendication 1, le redresseur (111) étant un redresseur à diodes (di, d6).
3. Ensemble selon la revendication 2, les diodes (di, d6) étant à temps de recouvrement standard, notamment avec t„ supérieur ou égal à 4 μβ.
4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, le filtre (120, 130) comportant une inductance (120) en série sur chacune des phases de sortie, de préférence de valeur choisie de telle sorte que la chute de tension de l'inductance soit comprise entre 4% et 12% de la tension nominale de l'alternateur.
5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, le filtre (120, 130) comportant deux capacités (130, 131) reliant chaque phase au bus continu.
6. Ensemble selon les revendications 4 et 5, les capacités (130, 131) étant de valeur choisie de telle sorte que la fréquence du filtre LC, L étant la valeur de l'inductance de la revendication 4, soit comprise entre 1 kHz et 5 kHz.
7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'onduleur (115) étant dimensionné pour une fraction de la puissance maximale à transmettre, notamment inférieure à ½ de la puissance nominale.
8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, le redresseur (111) étant dimensionné pour la puissance maximale à transmettre.
9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, le rotor étant alimenté en courant continu par une excitatrice (112) de l'alternateur (110) associée à un convertisseur ac/dc (119), notamment un convertisseur tournant.
10. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, le régulateur (113) agissant sur le courant d'excitation If de l'excitatrice.
11. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel dans un premier mode de fonctionnement, le courant d'excitation est régulé de manière à asservir la tension du bus continu à une valeur de consigne.
12. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel dans un deuxième mode de fonctionnement, la tension de l'alternateur est redressée et élevée par le circuit élévateur à une tension de consigne Udc ref.
13. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, le courant d'excitation de l'alternateur étant réglé pour que le niveau de saturation magnétique de l'alternateur n'excède pas une valeur prédéfinie, de préférence un coefficient de saturation compris entre 1,25 et 1,6.
14. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, le circuit élévateur (115) comportant un onduleur.
15. Ensemble selon la revendication 14, l'onduleur (115) étant commandé par une technique de modulation de largeur d'impulsion (MLI), notamment à fréquence de modulation fixe.
16. Procédé de production d'électricité, dans lequel on entraîne en rotation l'alternateur (110) d'un ensemble électromécanique tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes.
17. Procédé selon la revendication précédente, la revendication 11 et l'une des revendications 12 à 14, le premier mode de fonctionnement étant sélectionné lorsque la vitesse de l'alternateur est notamment comprise entre 80% et 120% de sa vitesse nominale, et le deuxième mode de fonctionnement étant sélectionné lorsque la vitesse de l'alternateur est plus faible que dans le premier mode, notamment inférieure à 80% de sa vitesse nominale.
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