EP4128294A1 - Autotransformateur, unité autotransformateur-redresseur et procédé de connexion d'un équipement électrique à un réseau triphasé au moyen d'une unité autotransformateur-redresseur - Google Patents

Autotransformateur, unité autotransformateur-redresseur et procédé de connexion d'un équipement électrique à un réseau triphasé au moyen d'une unité autotransformateur-redresseur

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Publication number
EP4128294A1
EP4128294A1 EP21732453.2A EP21732453A EP4128294A1 EP 4128294 A1 EP4128294 A1 EP 4128294A1 EP 21732453 A EP21732453 A EP 21732453A EP 4128294 A1 EP4128294 A1 EP 4128294A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
autotransformer
outputs
phase
output
input
Prior art date
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Pending
Application number
EP21732453.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Rémy BIAUJAUD
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Safran SA
Original Assignee
Safran SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran SA filed Critical Safran SA
Publication of EP4128294A1 publication Critical patent/EP4128294A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/02—Auto-transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/12—Two-phase, three-phase or polyphase transformers
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    • H01F30/12—Two-phase, three-phase or polyphase transformers
    • H01F30/14—Two-phase, three-phase or polyphase transformers for changing the number of phases
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/10—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers
    • H02M5/14—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers for conversion between circuits of different phase number
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • 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
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode

Definitions

  • the present invention relates to a three-phase autotransformer comprising three inputs, three groups of outputs and a plurality of windings divided into three groups of windings, the windings of the same group of windings being magnetically coupled to each other, each group of windings being associated with a respective phase.
  • the invention also relates to an autotransformer-rectifier unit, and to a method of connecting electrical equipment to a three-phase network by means of such an autotransformer.
  • the invention applies to the field of electrical engineering, in particular to the supply of electrical energy to on-board electrical devices, in particular on board an aircraft.
  • an on-board electrical network for an aircraft is a three-phase network capable of delivering phase-to-neutral voltages having an amplitude of 115 V (volt).
  • phase-to-neutral voltage will denote a voltage between a given point (for example a terminal of a circuit, or even a phase of the three-phase network) and a predefined neutral point used as a potential reference, in particular a connection point for the three phases of the three-phase network.
  • an AC / DC converter whose outputs define a voltage bus continuous is placed between said electrical equipment and the on-board network.
  • electrical equipment is, for example, motor control converters.
  • Such an AC / DC converter is a conventionally known “18-pulse rectifier” converter.
  • Such a converter has the advantage of being compact and inexpensive.
  • an autotransformer is arranged between the three-phase network and the rectifier to supply, from the three phases of the three-phase network, nine input voltages to the rectifier 18 taps.
  • Such a combination of a rectifier and an autotransformer arranged at its input is generally called an “autotransformer-rectifier unit”, or also ATRU (standing for “AutoTransformer
  • the customer may require that the distortion rate absorbed by the new function be lower than traditional aeronautical standards (DO160 Sect. 16, for example) to reach a level for example lower than 1%.
  • traditional aeronautical standards DO160 Sect. 16, for example
  • An object of the invention is therefore to provide an ATRU allowing the connection, to a 115 V AC network, of electrical equipment such as those described above, which is compact, inexpensive, which has satisfactory energy efficiency and which provides, at the output, a direct current with a low harmonic distortion rate.
  • each group of outputs comprises five outputs comprising a main output and four auxiliary outputs, each input being associated with each of the outputs of a corresponding group of outputs, each input being connected to each of the corresponding outputs through a respective electrical path comprising at least one winding, and for each input, the electrical path between said input and a corresponding output on the one hand, and the electrical path between the input and a Any other output of the same group of outputs on the other hand, comprise at least one separate winding, the windings being configured such that when each input is applied a respective input voltage, the three input voltages having the same input amplitude, being 120 ° out of phase with respect to each other and defining a neutral point:
  • a main output voltage taken equal to a voltage between the corresponding main output and the neutral point, has an amplitude, forming a main output amplitude, greater than the input amplitude
  • the autotransformer comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or according to all the technically possible combinations:
  • the windings are configured so that when each input is applied a respective input voltage, the three input voltages having the same input amplitude, being 120 ° out of phase with each other and defining a neutral point:
  • the predetermined point is a third main outlet distinct from the first main outlet and from the second main outlet;
  • - the predetermined point is the neutral point; - the voltages between each output and the neutral point are distinct and two by two out of phase with each other by an integer multiple of 24 °;
  • each main output amplitude is equal to the product of the input amplitude by a predetermined coefficient between 1.85 and 2, preferably between 1.9 and 1.95, for example equal to 1.93; - for the first main output, the second main output, and each of the auxiliary outputs for which the corresponding auxiliary voltage has a phase between the phase of the main output voltage of the first main output and the phase of the main output voltage of the second main output, the voltages between said outputs and the third main output are distinct and two or two out of phase with each other by an integer multiple of 12 °; -
  • the electrical path between an input and any output of the corresponding group of outputs comprises at least two windings each belonging to different groups of windings.
  • the subject of the invention is also an autotransformer-rectifier unit comprising an autotransformer as defined above and a rectifier stage, the rectifier stage comprising fifteen inputs and two outputs, each input of the rectifier stage being connected to a respective output. of the autotransformer.
  • the subject of the invention is a method of connecting electrical equipment to a three-phase network by means of an autotransformer-rectifier unit as defined above, the electrical equipment being dimensioned to admit, at the input, a predetermined nominal voltage, the three-phase network delivering three voltages each having a corresponding input amplitude, the method comprising the steps of:
  • the predetermined nominal voltage being equal to times the voltage entry.
  • FIG. 1 is a schematic representation of electrical equipment connected to an electrical network by means of an ATRU according to the invention
  • FIG. 2 is a Fresnel diagram illustrating voltages brought into play in a first embodiment of an autotransformer of the ATRU of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a graph representing, as a function of the harmonic number, the rate of harmonic distortion of the current delivered by the ATRU of FIG. 1, compared to the current delivered by an ATRU of the state of the art which includes an 18-point rectifier;
  • FIG. 4 is a Fresnel diagram illustrating voltages involved in a second embodiment of an autotransformer of the ATRU of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a Fresnel diagram illustrating voltages involved in a third embodiment of an autotransformer of the ATRU of FIG. 1.
  • FIG. 1 an electrical equipment 2 connected to an electrical network 4 by means of an autotransformer-rectifier unit 6 according to the invention, called “ATRU”.
  • the electrical equipment 2 is equipment configured to be supplied by a direct voltage having a predetermined nominal value, for example 540 V.
  • the electrical equipment 2 is connected to the outputs Si, S2 of the ATRU 6.
  • the electrical network 4 is a three-phase network, for example a network
  • the electrical network 4 comprises three phases 5, each being able to deliver a respective voltage.
  • the electrical network 4 is a so-called “balanced” network, the three voltages supplied by the electrical network 4 having the same amplitude, called “input amplitude", and being phase-shifted by 120 ° with respect to each other. 'other.
  • the three voltages supplied by the electrical network 4 define a neutral point, corresponding, preferably, to a connection point of the three phases 5.
  • the neutral point is denoted A in Figures 2 and 4, on which it defines a potential reference. .
  • Each phase 5 of the electrical network 4 is connected to a respective input E1, E2, E3 of the ATRU 6.
  • the ATRU 6 is configured to route electrical energy from the electrical network 4 to the electrical equipment 2. More precisely, the ATRU 6 is configured to deliver a direct voltage between its two outputs Si, S2 when the electrical network 4 applies an alternating voltage to each of the inputs E1, E2, E3 of the ATRU 6.
  • the ATRU 6 includes an autotransformer 8 and a rectifier stage 10.
  • the autotransformer 8 comprises three inputs Ei, E2, E3 forming the inputs E1, E2, E3 of the ATRU 6. In addition, the autotransformer 8 has fifteen outputs.
  • the autotransformer 8 is configured to deliver, from the voltages coming from the three-phase network 4 and applied to each of its inputs Ei, E 2 , E 3 , fifteen alternating voltages, each being available at a respective output among the fifteen outputs of the 'autotransformer 8.
  • each group of outputs comprises a main output, denoted SP, and four auxiliary outputs, denoted SAI to SA4.
  • Each input Ei, E2, E3 of the autotransformer 8 is associated with a corresponding group of outputs, in particular with each of the five outputs of the corresponding group of outputs.
  • the rectifier stage 10 is a 30-pulse rectifier (also called
  • 30-pulse bridge preferably an uncontrolled 30-pulse rectifier.
  • the rectifier stage 10 comprises fifteen inputs E R , each being connected to a respective output of the autotransformer 8.
  • the rectifier stage 10 comprises two outputs S1, S2 forming the outputs Si, S2 of the ATRU 6.
  • the rectifier stage 10 is configured to deliver a DC voltage between its outputs Si, S2, from the voltages applied respectively to each of its inputs ER by the corresponding outputs of the autotransformer 8.
  • the rectifier stage 10 comprises a corresponding arm, each arm being connected between the output Si and the output S 2 of the ATRU 6.
  • Each arm includes a first diode 16A and a second diode 16B. More precisely, the first diode 16A is connected by its cathode to the output Si, and the second diode 16B is connected by its anode to the output S2. Further, the cathode of the second diode 16B and the anode of the first diode 16A are connected to each other at a midpoint. As a result, the rectifier stage 10 forms a full-wave rectifier.
  • each output of the autotransformer 8 is connected to the midpoint of the corresponding arm.
  • the autotransformer 8 will now be described in more detail, in particular with reference to FIG. 2.
  • the autotransformer 8 comprises a plurality of windings, divided into three groups of windings.
  • the windings of the same group of windings are magnetically coupled together, for example by means of a magnetic core around which the windings of the same group of windings are wound.
  • Each group of windings is associated with a phase of the electrical network 4, to which, in operation, a winding of the group of windings is connected.
  • each group of windings is defined a positive direction, corresponding to the direction of the magnetic field generating the magnetic flux which passes through the windings of said group of windings when the time derivative of said magnetic flux is negative.
  • a positive direction corresponding to the direction of the magnetic field generating the magnetic flux which passes through the windings of said group of windings when the time derivative of said magnetic flux is negative.
  • the windings are arranged so that, when the autotransformer 8 is connected to the electrical network 4, for any given group of windings, the voltages at the terminals of the windings oriented in the positive direction are in phase, and in phase opposition with the voltages at the terminals of the windings oriented in the negative direction. Further, the windings are configured such that, for any given group of windings, the voltages across the corresponding windings which are oriented in the positive, respectively negative direction, are out of phase by 120 ° with respect to the voltages across the terminals. windings oriented in the positive direction, respectively negative, of each of the other two groups of windings.
  • each input Ei, E 2 , E 3 of the autotransformer 8 is connected to each of the outputs of the corresponding group of outputs through a respective electrical path comprising at least one winding.
  • the electrical path between said input Ei, E 2 , E 3 and a corresponding output on the one hand, and the electrical path between said input Ei, E 2 , E 3 and any other output of the same group of outputs on the other hand include at least one separate winding.
  • the electrical paths are such that, when the autotransformer 8 is connected to the electrical source 4:
  • a main output voltage taken equal to a voltage between the corresponding main output S P and the neutral point A, has an amplitude, called "main output amplitude", greater than the amplitude of Entrance ; and the output voltages of the autotransformer belong to the same Reuleaux polygon, each output voltage being associated with a respective output and being equal to a voltage between said output and the neutral point.
  • the electrical paths are also configured so that, when the autotransformer 8 is connected to the electrical source 4:
  • the three main output voltages are preferably in phase with the phase-to-neutral voltages of the electrical network 4.
  • the predetermined point is a third main outlet distinct from the first main outlet and from the second main outlet. This corresponds to the embodiment of Figure 2.
  • the voltages between said outputs and the third main output are distinct and two or two out of phase with each other by an integer multiple of 12 °.
  • each main output amplitude is equal to the product of the input amplitude by a predetermined coefficient between 1.85 and 2, preferably between 1.9 and 1.95, for example equal to 1.93 .
  • the autotransformer 8 is a step-up transformer.
  • Such a value of the predetermined coefficient, in particular 1.93, is advantageous, insofar as it leads to a satisfactory compactness of the autotransformer 8 as well as to the simplification of the production by reducing the number of windings necessary for the '' obtaining all 15 phases, while allowing the ATRU 6 to provide a direct voltage close to 540 V when connected to a network three-phase input amplitude equal to 115 V (approximately 520 V for a predetermined coefficient equal to 1.93).
  • the fact that the voltage supplied is equal to 520V is not detrimental in itself, insofar as the ATRU 6 is generally connected at the output to an inverter. It is therefore sufficient to size the inverter for this voltage level (this implies an increase in the current stress and a reduction in the voltage stress), the difference between 520 V and 540 V is small enough so that the impact on the inverter is negligible. If the ATRU 6 were to power a distributed network, it could be detrimental as it would have to meet the network standard.
  • a preferred implementation of the autotransformer 8 is shown in Figure 2.
  • i 1, 2 or 3.
  • the autotransformer 8 comprises three connection points Ci, C2 and C3.
  • the input E, (i taking all the values from 1 to 3) of the autotransformer 8 is connected to the connection point G.
  • the group of windings i (i being equal to 1, 2 or 3) comprises, between the connection point G and the connection point G + i , a winding ⁇ 1, i . In this way, the windings ⁇ 1, i are connected in a triangle.
  • the windings ⁇ 1, i are identical.
  • the main output of the group of outputs i, denoted S P , i is connected to a first terminal, denoted F ,, of a winding ⁇ 2, i of the group of windings i.
  • the other terminal of the winding ⁇ 2, i is connected to a corresponding terminal of a winding B 8 , i-1 of the group of windings i-1, for example merged with it in a terminal denoted G ,.
  • connection point Ci The other terminal of the winding B 8 , i-1 is connected to the connection point Ci, for example coincident with the connection point C i.
  • the winding ⁇ 2, i is oriented in the negative direction associated with the group of windings i.
  • the winding B 8 , i-1 is oriented in the positive direction associated with the group of windings i-1.
  • a first auxiliary output of the group of outputs i, denoted S A1, i is connected to a first terminal, denoted H ,, of a winding B 5, ⁇ + 1 of the group of windings i + 1.
  • the other terminal of winding B 5, ⁇ + 1 is connected to a corresponding terminal of a winding B 4, ⁇ + 1 of the same group of windings i + 1, for example combined with it in a terminal denoted J ,.
  • connection point Ci The other terminal of the winding B 4, ⁇ + 1 is connected to the connection point Ci, for example coincident with the connection point G.
  • the windings B 4, ⁇ + 1 , B 5, ⁇ + 1 are both oriented in the positive direction associated with the group of windings i + 1.
  • a second auxiliary output of the group of outputs i, denoted S A2 , Î is connected to a first terminal, denoted K ,, of a winding ⁇ 3, ⁇ of the group of windings i.
  • the other terminal of the winding ⁇ 3, ⁇ is connected to the terminal J, of the winding B 4, ⁇ + 1 of the group of windings i + 1, for example coincident with the terminal Ji.
  • the winding ⁇ 3, ⁇ is oriented in the negative direction associated with the group of windings i.
  • a third auxiliary output of the group of outputs i, denoted S A3 , i is connected to a first terminal, denoted Li, of a winding B 7, ⁇ + 1 of the group of windings i + 1.
  • the other terminal of the winding B 7, ⁇ + 1 is connected to a corresponding terminal of a winding B 6, ⁇ + 1 of the same group of windings i + 1, for example combined with it in a terminal denoted M ,.
  • connection point Ci The other terminal of the winding B 6, ⁇ + 1 is connected to the connection point Ci, for example coincident with the connection point C i.
  • windings B 6, ⁇ + 1 , B 7, ⁇ + 1 are both oriented in the negative direction associated with the group of windings i + 1.
  • a fourth auxiliary output of the group of outputs i, denoted S A4 , i is connected to a first terminal, denoted N ,, of a winding B 9, ⁇ -1 of the group of windings i-1.
  • the other terminal of the winding B 9, ⁇ -1 is connected to the terminal M, of the winding B 6, ⁇ + 1 of the group of windings i + 1, for example coincident with the terminal Mi.
  • the winding ⁇ 9, ⁇ -i is oriented in the positive direction associated with the group of windings i-1.
  • the windings ⁇ 5, ⁇ + 1 and ⁇ 7, ⁇ + 1 respectively the windings ⁇ 4, ⁇ + 1 and ⁇ 6, ⁇ + 1 , are identical, so that, in operation, the voltage at their limits is the same in absolute value.
  • the windings ⁇ 3, ⁇ and ⁇ 9, ⁇ -i are identical, so that, in operation, the voltage at their terminals is the same in absolute value.
  • the windings B 2, i and B 8 , i-1 are identical, so that, in operation, the voltage at their terminals is the same in absolute value.
  • the windings are chosen so that the voltage between each output and the neutral point A belongs, on the Fresnel diagram, to the Reuleaux triangle R whose vertices are the main output voltages.
  • the voltage between each of the auxiliary outputs S A4 , i , S A3 , i , S A1, i + I and S A2 , Î + I and the neutral point A are on the same arc of the Reuleaux triangle R, said arc being between the main output voltages respectively associated with each of the main outputs S P , i , and S P , i , + I.
  • the voltages between, on the one hand, each of the auxiliary outputs S A4 , i , S A3 , i , S A1, i + I and S A2 , Î + I and of the main outputs S P , i ,, S p , i + I and, on the other hand, the main output S p , i- , 1 are of the same amplitude.
  • phase-to-phase voltage between the auxiliary output S A4 , Î and the main output S p , i-1 has a phase advance of 12 ° over the phase-to-phase voltage between the main output S P , i and the main output S p , i + I ;
  • phase-to-phase voltage between the auxiliary output S A3 , Î and the main output S p , i-1 has a phase advance of 12 ° over the phase-to-phase voltage between the auxiliary output S A4 , Î and the main output S p , i + I ;
  • phase-to-phase voltage between the auxiliary output S A1, i + I and the main output S p , i + I has a phase advance of 12 ° on the phase-to-phase voltage between the auxiliary output S A3 , Î and the main output S p , i + I ;
  • phase-to-phase voltage between the auxiliary output S A2 , Î + I and the main output S p , iI has a phase advance of 12 ° over the phase-to-phase voltage between the auxiliary output S A1 , i + I and the main output S p , i + I ;
  • phase-to-phase voltage between the main output S p , i + I and the main output S p , i-1 has a phase advance of 12 ° on the phase-to-phase voltage between and the auxiliary output S A2 , Î + I and the output principal S p , i-1 .
  • the voltages between each of the outputs S P , i ,, S P , i , +1 , SA 4 , i , S A3 , i, S A1, i + I and S A2 , Î + I and the main output S p , i-1 are distinct and two by two out of phase with one another by an integer multiple of 12 °, in particular between 0 ° and 60 °.
  • the phase and amplitude relationships described above are guaranteed by a judicious choice of the windings 12 forming each electrical path, in particular by a judicious choice of the relative number of turns between the windings 12.
  • An autotransformer 8 having an architecture as illustrated by FIG. 2 is advantageous, insofar as such an architecture leads to a ratio between the through power and the power returned to the electrical equipment 2 (forming a load) which is more lower than that obtained for other architectures. This results in a small footprint and low mass, as well as reduced winding lengths compared to other architectures, which results in a lower production cost than for other autotransformer architectures.
  • the rate of harmonic distortion (gray bars) of the current delivered by the ATRU 6 according to the invention is much better than the rate of harmonic distortion (black bars) of the current delivered by a ATRU equipped with an autotransformer providing nine outputs, coupled to an 18-pulse rectifier.
  • the total harmonic distortion rate of the current delivered by the ATRU 6 according to the invention is approximately 0.95%, while that of an ATRU equipped with an autotransformer providing nine outputs, coupled to a pulse rectifier is d. about 3.54%.
  • FIG. 4 A second embodiment of the autotransformer 8 is illustrated by FIG. 4. This embodiment differs from that of FIG. 2 in that the predetermined point is the neutral point A. Furthermore, unlike the first embodiment illustrated by FIG. 2, in this second embodiment, the first auxiliary output S A1, i , is connected to terminal H, via a winding B 10, i of the winding group i. In addition, the third auxiliary output S A3, i , is connected to terminal L, via a winding B 11 , i + 1 of the group of windings i-1.
  • Winding B 10, i is oriented in the negative direction, while winding B 11 , i-1 is oriented in the positive direction.
  • the voltage between each output and the neutral point A belongs, on the Fresnel diagram, to a circle centered on the neutral point A.
  • the voltages between each output and the neutral point are distinct and two or two out of phase with each other by an integer multiple of 24 °.
  • FIG. 5 A third embodiment of the autotransformer 8 is illustrated by FIG. 5. As in the second embodiment illustrated by FIG. 4, the predetermined point is here the neutral point A.
  • the autotransformer 8 comprises three connection points Ci, C2 and C3.
  • the group of windings i (i being equal to 1, 2 or 3) comprises, between the connection point C, and the connection point C i + i , six windings ⁇ 1, i to ⁇ 6, i in series.
  • the windings ⁇ 1, i to ⁇ 6, i are oriented in the positive direction.
  • the windings ⁇ 1, i and ⁇ 6, i are identical. More preferably, the windings ⁇ 2, ⁇ and ⁇ 5, ⁇ are identical. More preferably, the windings ⁇ 3, ⁇ and ⁇ 4, ⁇ are identical.
  • the input E, (i taking all the values from 1 to 3) of the autotransformer 8 is connected to a connection point between the windings ⁇ 3, ⁇ and ⁇ 4, ⁇ .
  • the main output S P J of the group of outputs i is electrically connected to the connection point C i.
  • the first auxiliary output S A1, i of the group of outputs i is electrically connected to a connection point between the windings ⁇ 1, i and ⁇ 2, ⁇ via a winding ⁇ 7, ⁇ -1 of the group d windings i-1, oriented in the positive direction.
  • the second auxiliary output S A2 , Î of the group of outputs i is electrically connected to a connection point between the windings ⁇ 2, i and ⁇ 3, ⁇ via a winding ⁇ 8, ⁇ + i of the group d 'windings i + 1, oriented in the negative direction.
  • the third auxiliary output S A1, i of the group of outputs i is electrically connected to a connection point between the windings ⁇ 4, ⁇ and ⁇ 5, ⁇ via a winding ⁇ 9, ⁇ + i of the group d windings i-1, oriented in the positive direction.
  • the fourth auxiliary output S A4 , i of the group of outputs i is electrically connected to a connection point between the windings ⁇ 5, ⁇ and ⁇ 6, i via a winding ⁇ 10, i + 1 of the group d 'windings i + 1, oriented in the negative direction.
  • the windings described above are configured so that, when the autotransformer 8 is connected to a balanced electrical network 4, the voltages between each output and the neutral point are distinct, of the same amplitude, and two by two out of phase with each other. 'an integer multiple of 24 °.
  • the electrical equipment 2 is dimensioned to admit, at input, a predetermined nominal input voltage, typically equal to times the input voltage supplied by the electrical network 4.
  • a predetermined nominal input voltage typically equal to times the input voltage supplied by the electrical network 4.
  • the electrical equipment 2 is dimensioned to admit, at the input, a nominal input voltage equal to approximately 540 V.
  • the ATRU 6 is dimensioned so that, for a given input amplitude imposed by the electrical network 4, the main output voltage of the autotransformer 8 has an amplitude equal to the product of the input amplitude by the coefficient predetermined.
  • Each phase of the electrical network 4 is connected to a corresponding input of the ATRU 6.
  • the outputs S1, S2 of the ATRU 6 are connected to the electrical equipment 2.
  • the autotransformer 8 delivers fifteen voltages to the rectifier stage 10. Among these voltages, the main output voltage at the level of the main output of each group of outputs of the autotransformer 8 has an amplitude equal to the product of the input amplitude by the predetermined coefficient.
  • the rectifier stage 10 uncontrolled, rectifies the fifteen voltages applied to its inputs ER into a direct voltage equal to approximately 1.4 times the effective phase-to-phase input voltage.

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Abstract

L'invention concerne un autotransformateur (8) triphasé comportant trois groupes de sorties et trois entrées (E1, E2, E3) chacune reliée à chacune des sorties d'un groupe de sorties respectif par des enroulements, les enroulements étant configurés de sorte que, lorsque chaque entrée se voit appliquer une tension d'entrée respective, les trois tensions d'entrée présentant la même amplitude d'entrée, étant déphasées de 120° l'une par rapport à l'autre et définissant un point neutre : - pour chaque groupe de sorties, une tension principale de sortie, prise entre une sortie principale dudit groupe de sorte et le point neutre, présente une amplitude supérieure à l'amplitude d'entrée; et - les tensions de sortie de l'autotransformateur appartiennent à un même polygone de Reuleaux, chaque tension de sortie étant associée à une sortie respective et étant égale à une tension entre ladite sortie et le point neutre.

Description

DESCRIPTION
AUTOTRANSFORMATEUR, UNITÉ AUTOTRANSFORMATEUR-REDRESSEUR ET PROCÉDÉ DE CONNEXION D'UN ÉQUIPEMENT ÉLECTRIQUE À UN RÉSEAU TRIPHASÉ AU MOYEN D'UNE UNITÉ AUTOTRANSFORMATEUR-REDRESSEUR
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un autotransformateur triphasé comportant trois entrées, trois groupes de sorties et une pluralité d'enroulements répartis en trois groupes d'enroulements, les enroulements d'un même groupe d'enroulements étant magnétiquement couplés entre eux, chaque groupe d'enroulements étant associé à une phase respective.
L'invention concerne également une unité autotransformateur- redresseur, et un procédé de raccordement d'un équipement électrique à un réseau triphasé au moyen d'un tel autotransformateur.
L'invention s'applique au domaine de l'électrotechnique, en particulier de l'alimentation en énergie électrique d'appareils électriques embarqués, notamment embarqués à bord d'un aéronef.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
De façon classique, un réseau électrique de bord pour aéronef est un réseau triphasé apte à délivrer des tensions simples présentant une amplitude de 115 V (volt).
Dans ce qui suit, l'expression « tension simple » désignera une tension entre un point donné (par exemple une borne d'un circuit, ou encore une phase du réseau triphasé) et un point neutre prédéfini utilisé comme référence de potentiel, en particulier un point de connexion des trois phases du réseau triphasé.
Pour l'alimentation en énergie électrique d'équipements électriques embarqués requérant une tension continue (typiquement proche de 540 V) pour leur fonctionnement, un convertisseur AC/DC dont les sorties définissent un bus de tension continue est placé entre lesdits équipements électriques et le réseau de bord. De tels équipements électriques sont, par exemple, des convertisseurs de commandes moteurs.
De façon classique, un tel convertisseur AC/DC est un convertisseur dit « redresseur 18 puises » classiquement connu. Un tel convertisseur présente l'avantage d'être peu encombrant et peu coûteux.
Dans ce contexte, un autotransformateur est agencé entre le réseau triphasé et le redresseur pour fournir, à partir des trois phases du réseau triphasé, neuf tensions d'entrée au redresseur 18 puises. Une telle association d'un redresseur et d'un autotransformateur agencé à son entrée est généralement appelée « unité autotransformateur-redresseur », ou encore ATRU (de l'anglais « AutoTransformer
Rectifier Unit »).
Néanmoins, un tel ATRU n'est pas entièrement satisfaisant, dans tous les cas.
En effet, dans les cas, par exemple, où l'on souhaite ajouter une fonction électrique (c'est-à-dire une charge électrique) sur un réseau de bord déjà existant, et où la nouvelle fonction consomme une puissance significative par rapport à celle délivrée par le générateur associé audit réseau, le client peut exiger que le taux de distorsion absorbé par la nouvelle fonction soit inférieur aux normes aéronautiques traditionnelles (DO160 Sect. 16, par exemple) pour atteindre un niveau par exemple inférieur à 1%. De telles performances ne sont généralement pas atteintes par un ATRU comprenant un convertisseur 18 puises.
Un but de l'invention est donc de proposer un ATRU permettant le raccordement, à un réseau 115 V AC, d'un équipement électrique tel que ceux décrits précédemment, qui soit peu encombrant, peu coûteux, qui présente un rendement énergétique satisfaisant et qui fournisse, en sortie, un courant continu dont le taux de distorsion harmonique est faible. EXPOSÉ DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention a pour objet un autotransformateur du type précité, dans lequel chaque groupe de sorties comprend cinq sorties comportant une sortie principale et quatre sorties auxiliaires, chaque entrée étant associée à chacune des sorties d'un groupe de sorties correspondant, chaque entrée étant connectée à chacune des sorties correspondantes à travers un chemin électrique respectif comprenant au moins un enroulement, et pourchaque entrée, le chemin électrique entre ladite entrée et une sortie correspondante d'une part, et le chemin électrique entre l'entrée et une autre sortie quelconque du même groupe de sorties d'autre part, comprennent au moins un enroulement distinct, les enroulements étant configurés de sorte que, lorsque chaque entrée se voit appliquer une tension d'entrée respective, les trois tensions d'entrée présentant la même amplitude d'entrée, étant déphasées de 120° l'une par rapport à l'autre et définissant un point neutre :
- pour chaque groupe de sorties, une tension principale de sortie, prise égale à une tension entre la sortie principale correspondante et le point neutre, présente une amplitude, formant une amplitude principale de sortie, supérieure à l'amplitude d'entrée ; et
- toutes les tensions de sortie de l'autotransformateur appartiennent à un même polygone de Reuleaux dans un diagramme de Fresnel, chaque tension de sortie étant associée à une sortie respective et étant égale à une tension entre ladite sortie et le point neutre. En effet, un tel autotransformateur présente un faible encombrement, du fait d'un faible nombre de bobinages. Ce dernier point se traduit également par un faible coût de fabrication. En outre, la présence de 15 phases de sortie conduit, après utilisation d'un redresseur, à une tension continue présentant un taux de distorsion harmonique compatible avec les exigences énoncées précédemment. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, l'autotransformateur comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- les enroulements sont configurés de sorte que, lorsque chaque entrée se voit appliquer une tension d'entrée respective, les trois tensions d'entrée présentant la même amplitude d'entrée, étant déphasées de 120° l'une par rapport à l'autre et définissant un point neutre :
• les trois tensions principales de sortie sont déphasées de 120° l'une par rapport à l'autre ; et · pour une première sortie principale et une deuxième sortie principale distinctes données parmi les sorties principales, et pourchacune des sorties auxiliaires pour lesquelles une tension auxiliaire correspondante, égale à la tension entre ladite sortie auxiliaire et le point neutre, présente une phase comprise entre la phase de la tension principale de sortie de la première sortie principale et la phase de la tension principale de sortie de la deuxième sortie principale, les tensions entre lesdites sorties et un point prédéterminé présentent la même amplitude ;
- le point prédéterminé est une troisième sortie principale distincte de la première sortie principale et de la deuxième sortie principale ;
- le point prédéterminé est le point neutre ; - les tensions entre chaque sortie et le point neutre sont distinctes et deux à deux déphasées entre elles d'un multiple entier de 24° ;
- chaque amplitude principale de sortie est égale au produit de l'amplitude d'entrée par un coefficient prédéterminé compris entre 1,85 et 2, de préférence compris entre 1,9 et 1,95, par exemple égal à 1,93 ; - pour la première sortie principale, la deuxième sortie principale, et chacune des sorties auxiliaires pour lesquelles la tension auxiliaire correspondante présente une phase comprise entre la phase de la tension principale de sortie de la première sortie principale et la phase de la tension principale de sortie de la deuxième sortie principale, les tensions entre lesdites sorties et la troisième sortie principale sont distinctes et deux à deux déphasées entre elles d'un multiple entier de 12° ; - le chemin électrique entre une entrée et une sortie quelconque du groupe de sorties correspondant comporte au moins deux enroulements appartenant chacun à des groupes d'enroulements différents.
L'invention a également pour objet une unité autotransformateur- redresseur comprenant un autotransformateur tel que défini ci-dessus et un étage redresseur, l'étage redresseur comprenant quinze entrées et deux sorties, chaque entrée de l'étage redresseur étant connectée à une sortie respective de l'autotransformateur.
En outre, l'invention a pour objet un procédé de connexion d'un équipement électrique à un réseau triphasé au moyen d'une unité autotransformateur- redresseur tel que défini ci-dessus, l'équipement électrique étant dimensionné pour admettre, en entrée, une tension nominale prédéterminée, le réseau triphasé délivrant trois tensions présentant chacune une amplitude d'entrée correspondante, le procédé comportant les étapes de :
- connexion de chaque entrée de l'autotransformateur à une phase correspondante du réseau triphasé ; et
- connexion de l'équipement électrique entre les deux sorties de l'étage redresseur, la tension nominale prédéterminée étant égale à fois la tension d'entrée.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : [Fig. 1] la figure 1 est une représentation schématique d'un équipement électrique connecté à un réseau électrique au moyen d'un ATRU selon l'invention ;
[Fig. 2] la figure 2 est un diagramme de Fresnel illustrant des tensions mises en jeu dans un premier mode de réalisation d'un autotransformateur de l'ATRU de la figure 1 ; [Fig. 3] la figure 3 est un graphe représentant, en fonction du numéro d'harmonique, le taux de distorsion harmonique du courant délivré par l'ATRU de la figure 1, comparé au courant délivré par un ATRU de l'état de la technique qui comprend un redresseur 18 puises ; [Fig. 4] la figure 4 est un diagramme de Fresnel illustrant des tensions mises en jeu dans un deuxième mode de réalisation d'un autotransformateur de l'ATRU de la figure 1 ; et
[Fig. 5] la figure 5 est un diagramme de Fresnel illustrant des tensions mises en jeu dans un troisième mode de réalisation d'un autotransformateur de l'ATRU de la figure 1.
DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION
Sur la figure 1 est représenté un équipement électrique 2 connecté à un réseau électrique 4 au moyen d'une unité autotransformateur-redresseur 6 selon l'invention, dite « ATRU ».
L'équipement électrique 2 est un équipement configuré pour être alimenté par une tension continue présentant une valeur nominale prédéterminée, par exemple 540 V.
L'équipement électrique 2 est connecté aux sorties Si, S2 de l'ATRU 6. Le réseau électrique 4 est un réseau triphasé, par exemple un réseau
115 V AC. De façon classique, le réseau électrique 4 comporte trois phases 5, chacune étant apte à délivrer une tension respective. De préférence, le réseau électrique 4 est un réseau dit « équilibré », les trois tensions fournies par le réseau électrique 4 présentant la même amplitude, dite « amplitude d'entrée », et étant déphasées de 120° l'une par rapport à l'autre.
Les trois tensions fournies par le réseau électrique 4 définissent un point neutre, correspondant, de préférence, à un point de connexion des trois phases 5. Le point neutre est noté A sur les figures 2 et 4, sur lesquelles il définit une référence de potentiel. Chaque phase 5 du réseau électrique 4 est connectée à une entrée respective E1, E2, E3 de l'ATRU 6.
L'ATRU 6 est configuré pour acheminer de l'énergie électrique depuis le réseau électrique 4 vers l'équipement électrique 2. Plus précisément, l'ATRU 6 est configuré pour délivrer une tension continue entre ses deux sorties Si, S2 lorsque le réseau électrique 4 applique une tension alternative à chacune des entrées E1, E2, E3 de l'ATRU 6.
L'ATRU 6 comprend un autotransformateur 8 et un étage redresseur 10.
L'autotransformateur 8 comprend trois entrées Ei, E2, E3 formant les entrées E1, E2, E3 de l'ATRU 6. En outre, l'autotransformateur 8 comporte quinze sorties. L'autotransformateur 8 est configuré pour délivrer, à partir des tensions provenant du réseau triphasé 4 et appliquées à chacune de ses entrées Ei, E2, E3, quinze tensions alternatives, chacune étant disponible à une sortie respective parmi les quinze sorties de l'autotransformateur 8.
Les sorties de l'autotransformateur 8 sont réparties en trois groupes de sorties comprenant chacun cinq sorties. Plus précisément, chaque groupe de sorties comprend une sortie principale, notée SP, et quatre sorties auxiliaires, notées SAI à SA4.
Chaque entrée Ei, E2, E3 de l'autotransformateur 8 est associée à un groupe de sorties correspondant, en particulier à chacune des cinq sorties du groupe de sorties correspondant. L'étage redresseur 10 est un redresseur 30 puises (également appelé
« pont à 30 impulsions ») connu, de préférence un redresseur 30 puises non commandé.
L'étage redresseur 10 comprend quinze entrées ER, chacune étant connectée à une sortie respective de l'autotransformateur 8. En outre, l'étage redresseur 10 comporte deux sorties S1, S2 formant les sorties Si, S2 de l'ATRU 6. L'étage redresseur 10 est configuré pour délivrer une tension continue entre ses sorties Si, S2, à partir des tensions appliquées respectivement à chacune de ses entrées ER par les sorties correspondantes de l'autotransformateur 8.
De préférence, pour chaque sortie de l'autotransformateur 8, l'étage redresseur 10 comprend un bras correspondant, chaque bras étant connecté entre la sortie Si et la sortie S2 de l'ATRU 6. Chaque bras comprend une première diode 16A et une deuxième diode 16B. Plus précisément, la première diode 16A est connectée par sa cathode à la sortie Si, et la deuxième diode 16B est connectée par son anode à la sortie S2. En outre, la cathode de la deuxième diode 16B et l'anode de la première diode 16A sont connectés entre elles en un point milieu. Il en résulte que l'étage redresseur 10 forme un redresseur double alternance.
Dans ce cas, chaque sortie de l'autotransformateur 8 est connectée au point milieu du bras correspondant.
L'autotransformateur 8 va maintenant être décrit plus en détail, en particulier en référence à la figure 2.
L'autotransformateur 8 comprend une pluralité d'enroulements, répartis en trois groupes d'enroulements. Les enroulements d'un même groupe d'enroulements sont magnétiquement couplés entre eux, par exemple au moyen d'un noyau magnétique autour duquel les enroulements d'un même groupe d'enroulements sont bobinés. Chaque groupe d'enroulements est associé à une phase du réseau électrique 4, à laquelle, en fonctionnement, un enroulement du groupe d'enroulements est connecté.
Pour chaque groupe d'enroulements est défini un sens positif, correspondant au sens du champ magnétique engendrant le flux magnétique qui traverse les enroulements dudit groupe d'enroulements lorsque la dérivée temporelle dudit flux magnétique est négative. Dans ce cas, pour chaque groupement d'enroulements :
- les enroulements qui présentent une tension orientée dans le sens positif sont dits « orientés dans le sens positif » ; et
- les enroulements qui présentent une tension orientée dans le sens opposé au sens positif sont dits « orientés dans le sens négatif ».
Les enroulements sont agencés de sorte que, lorsque l'autotransformateur 8 est connecté au réseau électrique 4, pour un groupe d'enroulements quelconque donné, les tensions aux bornes des enroulements orientés dans le sens positif sont en phase, et en opposition de phase avec les tensions aux bornes des enroulements orientés dans le sens négatif. En outre, les enroulements sont configurés de sorte que, pour un groupe d'enroulements donné quelconque, les tensions aux bornes des enroulements correspondants qui sont orientés dans le sens positif, respectivement négatif, sont déphasées de 120° par rapport aux tensions aux bornes des enroulements orientés dans le sens positif, respectivement négatif, de chacun des deux autres groupes d'enroulements.
Comme cela apparaît sur la figure 2, chaque entrée Ei, E2, E3 de l'autotransformateur 8 est connectée à chacune des sorties du groupe de sorties correspondant à travers un chemin électrique respectif comprenant au moins un enroulement . En outre, pour chaque entrée Ei, E2, E3, le chemin électrique entre ladite entrée Ei, E2, E3 et une sortie correspondante d'une part, et le chemin électrique entre ladite entrée Ei, E2, E3 et une autre sortie quelconque du même groupe de sorties d'autre part, comprennent au moins un enroulement distinct.
Les chemins électriques sont tels que, lorsque l'autotransformateur 8 est raccordé à la source électrique 4 :
- pour chaque groupe de sorties, une tension principale de sortie, prise égale à une tension entre la sortie principale SP correspondante et le point neutre A, présente une amplitude, dite « amplitude principale de sortie », supérieure à l'amplitude d'entrée ; et - les tensions de sortie de l'autotransformateur appartiennent à un même polygone de Reuleaux, chaque tension de sortie étant associée à une sortie respective et étant égale à une tension entre ladite sortie et le point neutre.
Comme cela ressortira de la description qui va suivre, un tel polygone de Reuleaux est, par exemple, un triangle de Reuleaux ou encore un cercle. Avantageusement, les chemins électriques sont également configurés de sorte que, lorsque l'autotransformateur 8 est raccordé à la source électrique 4 :
- les trois tensions principales de sortie sont déphasées de 120° l'une par rapport à l'autre ; et
- pour une première sortie principale et une deuxième sortie principale données distinctes parmi les sorties principales SP, et pour chacune des sorties auxiliaires SA pour lesquelles une tension auxiliaire correspondante, égale à la tension entre ladite sortie auxiliaire SA et le point neutre A, présente une phase comprise entre la phase de la tension principale de sortie de la première sortie principale et la phase de la tension principale de sortie de la deuxième sortie principale, les tensions entre lesdites sorties et un point prédéterminé présentent la même amplitude.
En outre, les trois tensions principales de sortie sont, de préférence, en phase avec les tensions simples du réseau électrique 4.
Avantageusement, le point prédéterminé est une troisième sortie principale distincte de la première sortie principale et de la deuxième sortie principale. Ceci correspond au mode de réalisation de la figure 2.
Dans ce cas, et comme cela apparaît sur cette figure, la tension entre chaque sortie et le point neutre A appartient, sur le diagramme de Fresnel, à un triangle de Reuleaux R dont les sommets sont les tensions principales de sortie. Il en résulte un effet se traduisant par un compromis particulièrement avantageux entre la puissance transmise par l'autotransformateur 8 et sa masse.
Avantageusement, pour la première sortie principale, la deuxième sortie principale, et chacune des sorties auxiliaires pour lesquelles la tension auxiliaire de sortie correspondante présente une phase comprise entre la phase de la tension principale de sortie de la première sortie principale et la phase de la tension principale de sortie de la deuxième sortie principale, les tensions entre lesdites sorties et la troisième sortie principale sont distinctes et deux à deux déphasées entre elles d'un multiple entier de 12°.
De préférence, chaque amplitude principale de sortie est égale au produit de l'amplitude d'entrée par un coefficient prédéterminé compris entre 1,85 et 2, de préférence compris entre 1,9 et 1,95, par exemple égal à 1,93. Il en résulte que l'autotransformateur 8 est un transformateur élévateur.
Une telle valeur du coefficient prédéterminé, en particulier 1,93, est avantageuse, dans la mesure où elle conduit à une compacité satisfaisante de l'autotransformateur 8 ainsi qu'à la simplification de la réalisation par la réduction du nombre de bobinage nécessaire à l'obtention des 15 phases, tout en permettant à l'ATRU 6 de fournir une tension continue proche de 540 V lorsqu'il est connecté à un réseau triphasé d'amplitude d'entrée égale à 115 V (environ 520 V pour un coefficient prédéterminé égal à 1,93).
En outre, le fait que la tension fournie soit égale à 520V n'est pas préjudiciable en soi, dans la mesure où l'ATRU 6 est généralement connecté en sortie à un onduleur. Il suffit donc de dimensionner l'onduleur pour ce niveau de tension (cela implique une augmentation de la contrainte en courant et une réduction de la contrainte en tension), l'écart entre 520 V et 540 V est suffisamment faible pour que l'impact sur l'onduleur soit négligeable. Si l'ATRU 6 devait alimenter un réseau distribué, cela pourrait être préjudiciable car il devrait respecter la norme du réseau. Une mise en œuvre préférée de l'autotransformateur 8 est illustrée par la figure 2.
Dans ce qui suit, i vaut 1, 2 ou 3. En outre :
- si i est pris égal à 1, alors i-1 est pris égal à 3 ; et
- si i est pris égal à 3, alors i+1 est pris égal à 1. L'autotransformateur 8 comprend trois points de connexion Ci, C2 et C3.
Plus précisément, l'entrée E, (i prenant toutes les valeurs de 1 à 3) de l'autotransformateur 8 est connectée au point de connexion G.
Le groupe d'enroulements i (i valant 1, 2 ou 3) comporte, entre le point de connexion G et le point de connexion G+i, un enroulement β1,i. De cette façon, les enroulements β1,i sont connectés en triangle.
De préférence, les enroulements β1,i sont identiques.
La sortie principale du groupe de sorties i, notée SP,i, est connectée à une première borne, notée F,, d'un enroulement β2,i du groupe d'enroulements i. L'autre borne de l'enroulement β2,i est connectée à une borne correspondante d'un enroulement B8,i-1 du groupe d'enroulements i-1, par exemple confondue avec elle en une borne notée G,.
L'autre borne de l'enroulement B8,i-1 est connectée au point de connexion Ci, par exemple confondue avec le point de connexion C,.
L'enroulement β2,i est orienté dans le sens négatif associé au groupe d'enroulements i. En outre, l'enroulement B8,i-1 est orienté dans le sens positif associé au groupe d'enroulements i-1. Une première sortie auxiliaire du groupe de sorties i, notée SA1,i, est connectée à une première borne, notée H,, d'un enroulement B5,ί+1 du groupe d'enroulements i+1. L'autre borne de l'enroulement B5,ί+1 est connectée à une borne correspondante d'un enroulement B4,ί+1 du même groupe d'enroulements i+1, par exemple confondue avec elle en une borne notée J,.
L'autre borne de l'enroulement B4,ί+1 est connectée au point de connexion Ci, par exemple confondue avec le point de connexion G.
Les enroulements B4,ί+1, B5,ί+1 sont, tous deux, orientés dans le sens positif associé au groupe d'enroulements i+1. Une deuxième sortie auxiliaire du groupe de sorties i, notée SA2,Î, est connectée à une première borne, notée K,, d'un enroulement β3,ί du groupe d'enroulements i. L'autre borne de l'enroulement β3,ί est connectée à la borne J, de l'enroulement B4,ί+1 du groupe d'enroulements i+1, par exemple confondue avec la borne Ji. L'enroulement β3,ί est orienté dans le sens négatif associé au groupe d'enroulements i.
Une troisième sortie auxiliaire du groupe de sorties i, notée SA3,i, est connectée à une première borne, notée Li, d'un enroulement B7,ί+1 du groupe d'enroulements i+1. L'autre borne de l'enroulement B7,ί+1 est connectée à une borne correspondante d'un enroulement B6,ί+1 du même groupe d'enroulements i+1, par exemple confondue avec elle en une borne notée M,.
L'autre borne de l'enroulement B6,ί+1 est connectée au point de connexion Ci, par exemple confondue avec le point de connexion C,.
Les enroulements B6,ί+1, B7,ί+1 sont, tous deux, orientés dans le sens négatif associé au groupe d'enroulements i+1.
Une quatrième sortie auxiliaire du groupe de sorties i, notée SA4,i, est connectée à une première borne, notée N,, d'un enroulement B9,ί-1 du groupe d'enroulements i-1. L'autre borne de l'enroulement B9,ί-1 est connectée à la borne M, de l'enroulement B6,ί+1 du groupe d'enroulements i+1, par exemple confondue avec la borne Mi. L'enroulement β9,ί-i est orienté dans le sens positif associé au groupe d'enroulements i-1.
De préférence, les enroulements β5,ί+1 et β7,ί+1, respectivement les enroulements β4,ί+1 et β6,ί+1, sont identiques, de sorte que, en fonctionnement, la tension à leurs bornes soit la même en valeur absolue.
De préférence, les enroulements β3,ί et β9,ί-i sont identiques, de sorte que, en fonctionnement, la tension à leurs bornes soit la même en valeur absolue.
De préférence encore, les enroulements B2,i et B8,i-1 sont identiques, de sorte que, en fonctionnement, la tension à leurs bornes soit la même en valeur absolue. Comme indiqué précédemment, les enroulements sont choisis de sorte que la tension entre chaque sortie et le point neutre A appartienne, sur le diagramme de Fresnel, au triangle de Reuleaux R dont les sommets sont les tensions principales de sortie.
En particulier, la tension entre chacune des sorties auxiliaires SA4,i, SA3,i, SA1,i+I et SA2,Î+I et le point neutre A sont sur un même arc du triangle de Reuleaux R, ledit arc étant compris entre les tensions principales de sortie respectivement associées à chacune des sorties principales SP,i, et SP,i,+I. En d'autres termes, les tensions entre, d'une part, chacune des sorties auxiliaires SA4,i, SA3,i, SA1,i+I et SA2,Î+I et des sorties principales SP,i,, Sp,i+I et, d'autre part, la sortie principale Sp,i-,1 sont de même amplitude.
En outre : - la tension composée entre la sortie auxiliaire SA4,Î et la sortie principale Sp,i-1 présente une avance de phase de 12° sur la tension composée entre la sortie principale SP,i et la sortie principale Sp,i+I ;
- la tension composée entre la sortie auxiliaire SA3,Î et la sortie principale Sp,i-1 présente une avance de phase de 12° sur la tension composée entre la sortie auxiliaire SA4,Î et la sortie principale Sp,i+I ;
- la tension composée entre la sortie auxiliaire SA1,i+I et la sortie principale Sp,i+I présente une avance de phase de 12° sur la tension composée entre la sortie auxiliaire SA3,Î et la sortie principale Sp,i+I ; - la tension composée entre la sortie auxiliaire SA2,Î+I et la sortie principale Sp,i-I présente une avance de phase de 12° sur la tension composée entre la sortie auxiliaire SA1,i+I et la sortie principale Sp,i+I ; et
- la tension composée entre la sortie principale Sp,i+I et la sortie principale Sp,i-1 présente une avance de phase de 12° sur la tension composée entre et la sortie auxiliaire SA2,Î+I et la sortie principale Sp,i-1.
En d'autres termes, les tensions entre chacune des sorties SP,i,, SP,i,+1, SA4,i, SA3,i, SA1,i+I et SA2,Î+I et la sortie principale Sp,i-1 sont distinctes et deux à deux déphasées entre elles d'un multiple entier de 12°, en particulier compris entre 0° et 60°. Les relations de phase et d'amplitude décrites précédemment sont garanties par un choix judicieux des enroulements 12 formant chaque chemin électrique, notamment par un choix judicieux du nombre relatif de spires entre les enroulements 12.
Un autotransformateur 8 présentant une architecture telle qu'illustrée par la figure 2 est avantageux, dans la mesure où une telle architecture conduit à un rapport entre la puissance traversante et la puissance restituée à l'équipement électrique 2 (formant une charge) qui est plus faible que celui obtenu pour d'autres architectures. Il en résulte un faible encombrement et une faible masse, ainsi que des longueurs d'enroulements réduites par rapport à d'autres architectures, qui se traduisent par un coût de production plus faible que pour d'autres architectures d'autotransformateur. En outre, comme cela apparaît sur la figure 3, le taux de distorsion harmonique (barres grises) du courant délivré par l'ATRU 6 selon l'invention est bien meilleur que le taux de distorsion harmonique (barres noir) du courant délivré par un ATRU doté d'un autotransformateur fournissant neuf sorties, couplé à un redresseur 18 puises.
Le taux de distorsion harmonique total du courant délivré par l'ATRU 6 selon l'invention est d'environ 0,95%, tandis que celui d'un ATRU doté d'un autotransformateur fournissant neuf sorties, couplé à un redresseur puises est d'environ 3,54%.
Un deuxième mode de réalisation de l'autotransformateur 8 est illustré par la figure 4. Ce mode de réalisation diffère de celui de la figure 2 en ce que le point prédéterminé est le point neutre A. En outre, contrairement au premier mode de réalisation illustré par la figure 2, dans ce deuxième mode de réalisation, la première sortie auxiliaire SA1,i, est connectée à la borne H, par l'intermédiaire d'un enroulement B10,i du groupe d'enroulements i. En outre, la troisième sortie auxiliaire SA3,i, est connectée à la borne L, par l'intermédiaire d'un enroulement B11,i+1 du groupe d'enroulements i-1.
L'enroulement B10,i est orienté dans le sens négatif, tandis que l'enroulement B11,i-1 est orienté dans le sens positif.
Dans ce cas, et comme cela apparaît sur cette figure, la tension entre chaque sortie et le point neutre A appartient, sur le diagramme de Fresnel, à un cercle centré sur le point neutre A.
Il en résulte que les tensions entre chaque sortie et le point neutre sont distinctes et deux à deux déphasées entre elles d'un multiple entier de 24°.
Un troisième mode de réalisation de l'autotransformateur 8 est illustré par la figure 5. Comme dans le deuxième mode de réalisation illustré par la figure 4, le point prédéterminé est ici le point neutre A.
Dans ce troisième mode de réalisation, l'autotransformateur 8 comprend trois points de connexion Ci, C2 et C3.
Le groupe d'enroulements i (i valant 1, 2 ou 3) comporte, entre le point de connexion C, et le point de connexion Ci+i, six enroulements β1,i à β6,i en série. Les enroulements β1,i à β6,i sont orientés dans le sens positif.
De préférence, les enroulements β1,i et β6,i sont identiques. De préférence encore, les enroulements β2,ί et β5,ί sont identiques. De préférence encore, les enroulements β3,ί et β4,ί sont identiques.
Dans ce cas, l'entrée E, (i prenant toutes les valeurs de 1 à 3) de l'autotransformateur 8 est reliée à un point de connexion entre les enroulements β3,ί et β4,ί.
La sortie principale SPJ du groupe de sorties i est électriquement reliée au point de connexion C,.
La première sortie auxiliaire SA1,i du groupe de sorties i est électriquement reliée à un point de connexion entre les enroulements β1,i et β2,ί par l'intermédiaire d'un enroulement β7,ί-1 du groupe d'enroulements i-1, orienté dans le sens positif. La deuxième sortie auxiliaire SA2,Î du groupe de sorties i est électriquement reliée à un point de connexion entre les enroulements β2,i et β3,ί par l'intermédiaire d'un enroulement β8,ί+i du groupe d'enroulements i+1, orienté dans le sens négatif. La troisième sortie auxiliaire SA1,i du groupe de sorties i est électriquement reliée à un point de connexion entre les enroulements β4,ί et β5,ί par l'intermédiaire d'un enroulement β9,ί+i du groupe d'enroulements i-1, orienté dans le sens positif.
La quatrième sortie auxiliaire SA4,i du groupe de sorties i est électriquement reliée à un point de connexion entre les enroulements β5,ί et β6,i par l'intermédiaire d'un enroulement β10,i+1 du groupe d'enroulements i+1, orienté dans le sens négatif.
Les enroulements décrits ci-dessus sont configurés de sorte que, lorsque l'autotransformateur 8 est relié à un réseau électrique 4 équilibré, les tensions entre chaque sortie et le point neutre soient distinctes, de même amplitude, et deux à deux déphasées entre elles d'un multiple entier de 24°.
Le raccordement de l'équipement électrique 2 au réseau électrique 4 au moyen de l'ATRU 6 va maintenant être décrit.
Comme indiqué précédemment, l'équipement électrique 2 est dimensionné pour admettre, en entrée, une tension nominale d'entrée prédéterminée, typiquement égale à fois la tension d'entrée fournie par le réseau électrique 4. Par exemple, pour un réseau électrique 115 V AC, l'équipement électrique 2 est dimensionné pour admettre, en entrée, une tension nominale d'entrée environ égale à 540 V.
L'ATRU 6 est dimensionné de sorte que, pour une amplitude d'entrée donnée imposée par le réseau électrique 4, la tension principale de sortie de l'autotransformateur 8 présente une amplitude égale au produit de l'amplitude d'entrée par le coefficient prédéterminé.
Chaque phase du réseau électrique 4 est connectée à une entrée correspondante de l'ATRU 6. En outre, les sorties SI, S2 de l'ATRU 6 sont connectées à l'équipement électrique 2. En fonctionnement, l'autotransformateur 8 délivre, à l'étage redresseur 10, quinze tensions. Parmi ces tensions, la tension principale de sortie au niveau de la sortie principale de chaque groupe de sorties de l'autotransformateur 8 présente une amplitude égale au produit de l'amplitude d'entrée par le coefficient prédéterminé.
L'étage redresseur 10, non commandé, redresse les quinze tensions appliquées à ses entrées ER en une tension continue égale à approximativement 1,4 fois la tension efficace d'entrée entre phases.

Claims

REVENDICATIONS
1. Autotransformateur (8) triphasé comportant trois entrées (Ei, E2, E3), trois groupes de sorties et une pluralité d'enroulements répartis en trois groupes d'enroulements, les enroulements d'un même groupe d'enroulements étant magnétiquement couplés entre eux, chaque groupe d'enroulements étant associé à une phase respective, l'autotransformateur (8) étant caractérisé en ce que chaque groupe de sorties comprend cinq sorties comportant une sortie principale et quatre sorties auxiliaires, chaque entrée (Ei, E2, E3) étant associée à chacune des sorties d'un groupe de sorties correspondant, chaque entrée (Ei, E2, E3) étant connectée à chacune des sorties correspondantes à travers un chemin électrique respectif comprenant au moins un enroulement, et pour chaque entrée (Ei, E2, E3), le chemin électrique entre ladite entrée (Ei, E2, E3) et une sortie correspondante d'une part, et le chemin électrique entre l'entrée et une autre sortie quelconque du même groupe de sorties d'autre part, comprennent au moins un enroulement distinct, les enroulements étant configurés de sorte que, lorsque chaque entrée (Ei, E2, E3) se voit appliquer une tension d'entrée respective, les trois tensions d'entrée présentant la même amplitude d'entrée, étant déphasées de 120° l'une par rapport à l'autre et définissant un point neutre :
- pour chaque groupe de sorties, une tension principale de sortie, prise égale à une tension entre la sortie principale correspondante et le point neutre, présente une amplitude, formant une amplitude principale de sortie, supérieure à l'amplitude d'entrée ; et
- toutes les tensions de sortie de l'autotransformateur appartiennent à un même polygone de Reuleaux dans un diagramme de Fresnel, chaque tension de sortie étant associée à une sortie respective et étant égale à une tension entre ladite sortie et le point neutre.
2. Autotransformateur selon la revendication 1, dans lequel les enroulements sont configurés de sorte que, lorsque chaque entrée (Ei, E2, E3) se voit appliquer une tension d'entrée respective, les trois tensions d'entrée présentant la même amplitude d'entrée, étant déphasées de 120° l'une par rapport à l'autre et définissant un point neutre :
- les trois tensions principales de sortie sont déphasées de 120° l'une par rapport à l'autre ; et
- pour une première sortie principale et une deuxième sortie principale distinctes données parmi les sorties principales, et pourchacune des sorties auxiliaires pour lesquelles une tension auxiliaire correspondante, égale à la tension entre ladite sortie auxiliaire et le point neutre, présente une phase comprise entre la phase de la tension principale de sortie de la première sortie principale et la phase de la tension principale de sortie de la deuxième sortie principale, les tensions entre lesdites sorties et un point prédéterminé présentent la même amplitude.
3. Autotransformateur (8) selon la revendication 2, dans lequel le point prédéterminé est une troisième sortie principale distincte de la première sortie principale et de la deuxième sortie principale.
4. Autotransformateur (8) selon la revendication 2, dans lequel le point prédéterminé est le point neutre.
5. Autotransformateur (8) selon la revendication 4, dans lequel les tensions entre chaque sortie et le point neutre sont distinctes et deux à deux déphasées entre elles d'un multiple entier de 24°.
6. Autotransformateur (8) selon l'une quelconque des revendications 1 à
5, dans lequel chaque amplitude principale de sortie est égale au produit de l'amplitude d'entrée par un coefficient prédéterminé compris entre 1,85 et 2, de préférence compris entre 1,9 et 1,95, par exemple égal à 1,93.
7. Autotransformateur (8) selon l'une quelconque des revendications 1 à
6, dans lequel, pour la première sortie principale, la deuxième sortie principale, et chacune des sorties auxiliaires pour lesquelles la tension auxiliaire correspondante présente une phase comprise entre la phase de la tension principale de sortie de la première sortie principale et la phase de la tension principale de sortie de la deuxième sortie principale, les tensions entre lesdites sorties et la troisième sortie principale sont distinctes et deux à deux déphasées entre elles d'un multiple entier de 12°.
8. Autotransformateur (8) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le chemin électrique entre une entrée (Ei, E2, E3) et une sortie quelconque du groupe de sorties correspondant comporte au moins deux enroulements appartenant chacun à des groupes d'enroulements différents.
9. Unité autotransformateur-redresseur (6) comprenant un autotransformateur (8) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et un étage redresseur (10), l'étage redresseur (10) comprenant quinze entrées (ER) et deux sorties (Si, S2), chaque entrée (ER) de l'étage redresseur (10) étant connectée à une sortie respective de l'autotransformateur (8).
10. Procédé de connexion d'un équipement électrique (2) à un réseau triphasé (4) au moyen d'une unité autotransformateur-redresseur (6) selon la revendication 9, l'équipement électrique (2) étant dimensionné pour admettre, en entrée, une tension nominale prédéterminée, le réseau triphasé (4) délivrant trois tensions présentant chacune une amplitude d'entrée correspondante, le procédé comportant les étapes de : - connexion de chaque entrée (E1, E2, E3) de l'autotransformateur (8) à une phase correspondante du réseau triphasé (4) ; et
- connexion de l'équipement électrique (2) entre les deux sorties (Si, S2) de l'étage redresseur (10), la tension nominale prédéterminée étant égale à fois la tension d'entrée.
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