EP4639704A1 - Generation electrique ac comprenant un dispositif de protection de surtension non inductive - Google Patents

Generation electrique ac comprenant un dispositif de protection de surtension non inductive

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Publication number
EP4639704A1
EP4639704A1 EP23833125.0A EP23833125A EP4639704A1 EP 4639704 A1 EP4639704 A1 EP 4639704A1 EP 23833125 A EP23833125 A EP 23833125A EP 4639704 A1 EP4639704 A1 EP 4639704A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
terminal
transistor
current
current source
overvoltage
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP23833125.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Francis Abdesselam
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electrical & Power Sas
Original Assignee
Safran Electrical & Power Sas
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 Electrical & Power Sas filed Critical Safran Electrical & Power Sas
Publication of EP4639704A1 publication Critical patent/EP4639704A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0826—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in bipolar transistor switches

Definitions

  • the invention concerns the protection of loads connected to an alternating electrical generation channel. More precisely, the invention concerns protection against overvoltages in an alternating electrical network.
  • the invention is of particular interest in the field of aeronautics in which the security of alternative electrical circuits and networks is essential but also finds interest in the field of electricity generation in a network requiring, for example, the use of 'an inductive machine.
  • Zener Transil diode or an active suppressor which has a very low reaction time, namely less than a nanosecond, but only allows a small quantity of energy to be absorbed.
  • this type of component has an overvoltage tolerance of less than 5%, i.e. the overvoltage must not be very high in relation to the voltage. usually measurable in the network and generates high frequency disturbances during their use,
  • a zinc oxide varistor which has a low reaction time, between around ten nanoseconds and around one hundred nanoseconds but can also absorb only a small quantity of energy.
  • this type of component has a relatively higher overvoltage tolerance compared to the zener diode but still low.
  • the ZNO varistor has the advantage of not generating disturbance in the network,
  • a gas spark gap which has, for its part, a relatively longer reaction time compared to the components mentioned above, namely from a few microseconds to a millisecond but which has the advantage of absorbing a large quantity of energy during overvoltage.
  • its tolerance in relation to overvoltage is also important compared to the components mentioned above.
  • this component has the disadvantage of making the network unavailable,
  • This component has a reaction time and capacity to absorb energy equivalent to the characteristics of the gas spark gap. However, this component has an overvoltage tolerance equivalent to the ZNO varistor and leads to unavailability of the electrical network during its use.
  • the invention aims to overcome all or part of the problems cited above by proposing a protection device against rapid overvoltages and slow overvoltages which does not generate distortion and does not reduce the available power of the electrical network.
  • this protection device is advantageously characterized by a low reaction time, namely less than a microsecond and its capacity to clip positive and negative overvoltages independently.
  • the invention relates to an electrical energy generator configured to generate electrical energy to a load via an alternating current generation channel, the electrical energy generator comprising a fast overvoltage and slow overvoltage protection device arranged in parallel with the alternating current generation channel, the protection device comprising:
  • a first current source comprising an input and an output, the input of the first current source being connected to a first terminal of the generation channel
  • a second current source comprising an input and an output, the input of the second current source being connected to a second terminal of the generation channel, the output of the second current source being connected to the output of the first source current.
  • the first current source and/or the second current source are configured to generate a current proportional to a voltage measurable at the first current source or at the second current source.
  • the overvoltage protection device comprises an overvoltage detector configured to detect an overvoltage level between the first terminal and the second terminal of the generation channel, the overvoltage level being a value of voltage between the first terminal and the second terminal of the generation channel greater than a first predefined threshold voltage value.
  • the first current source comprises: a first transistor, the first transistor comprising: o a first terminal connected to the first terminal of the generation channel, o a second terminal connected to the first terminal of the generation channel, o a third terminal connected to the second current source,
  • a first diode comprising a cathode connected to the first terminal of the first transistor and an anode connected to the third terminal of the first transistor
  • a first current regulation device connected to the overvoltage detector, arranged between the first resistor and the second terminal of the first transistor and configured to limit the current passing through the first transistor to a predefined current value.
  • the first current source comprises a first device for activating the first regulation device connected to the overvoltage detector configured to switch from a deactivated state, in which the first regulation device is inactive, to an activated state, in which the first regulation device is active, when the overvoltage detector detects the overvoltage level, the first activation device comprising:
  • a first auxiliary voltage detector configured to determine a voltage value between the first terminal and the second terminal of the generation channel
  • a first current detector disposed between the third terminal of the first transistor and the second current source configured to determine a current value at the third terminal of the first transistor, the first activation device being configured to switch from the activated state in the off state when the voltage value determined by the first auxiliary voltage detector is less than a second predefined voltage value and when the current value determined by the first current detector is zero.
  • the second current source comprises:
  • the second transistor comprising: o a first terminal connected to the second terminal of the generation channel, o a second terminal connected to the second terminal of the generation channel, o a third terminal connected to the first current source,
  • a second diode comprising a cathode connected to the first terminal of the second transistor and an anode connected to the third terminal of the second transistor
  • a second current regulation device connected to the overvoltage detector, arranged between the second resistor and the second terminal of the second transistor and configured to limit the current passing through the second transistor to a predefined current value.
  • the second current source comprises a second device for activating the second regulation device connected to the overvoltage detector configured to switch from a deactivated state, in which the second regulation device is inactive, to an activated state, in which the second regulation device is active, when the overvoltage detector detects the overvoltage level, the second activation device comprising:
  • a second auxiliary voltage detector configured to determine a voltage value between the first terminal and the second terminal of the generation channel
  • a second current detector arranged between the third terminal of the second transistor and the first current source configured to determine a current value at the third terminal of the second transistor, the second activation device being configured to switch from the activated state to the deactivated state when the voltage value determined by the second auxiliary voltage detector is less than a third predefined voltage value and when the current value determined by the second current detector is zero.
  • the first transistor is a bipolar transistor.
  • the second transistor is a bipolar transistor.
  • the protection device comprises a device for opening the protection device.
  • the protection device a first protection unit, the first protection unit comprising the first current source and the second current source, the protection device comprising at least one protection unit additional current source comprising a first additional current source identical to the first current source and a second additional current source identical to the second current source, the at least one additional protection unit being arranged as a branch of the first protection unit.
  • Figure 1 represents a schematic view of a fast overvoltage and slow overvoltage protection device according to the invention
  • FIG.2 shows an enlarged view of the protection device of Figure 1;
  • FIG.3 shows a structural view of the protection device of Figure 1;
  • Figure 4 shows the protection device according to a first variant
  • FIG.5 Figure 5 shows the protection device according to a second variant
  • Figure 6 represents a chronogram of the impact of the protection device on the electrical machine according to the invention
  • Figure 7A represents a chronogram of the wave behavior in an electrical generation channel in the absence of the protection device according to the invention
  • Figure 7B represents a chronogram of the wave behavior in an electrical generation channel in the presence of the protection device according to the invention.
  • Figure 1 thus represents a schematic view of an electrical energy generator 100 configured to generate electrical energy at a load CH via a channel for generating an electric current L1 -L2.
  • the load CH is thus connected in parallel to the electric current generation channel L1 -L2.
  • the energy generator comprises a fast overvoltage and slow overvoltage protection device 1 arranged in parallel with an alternating current generation channel L1 -L2 between a first terminal L1 and a second terminal L2.
  • the protection device is arranged in parallel with the CH load.
  • the current between the first terminal L1 and the second terminal L2 at the level of the generation channel L1 -L2 is an alternating current, which means that the direction of the electric current can be from the first terminal L1 in the direction from the second terminal L2 or from the second terminal L2 towards the first terminal L1.
  • the protection device 1 is therefore arranged along its own channel 10 parallel to the generation channel L1 -L2.
  • the protection device 1 comprises a first current source S1 comprising an input S11 and an output S12. And, the S11 input of the first current source S1 is connected to the first terminal L1 of the generation channel L1 -L2.
  • the protection device 1 also includes a second current source S2 which also includes an input S21 and an output S22. And, the input S21 of the second current source S2 is connected to the second terminal L2 of the generation channel L1 -L2 while the output S22 of the second current source S2 is connected to the output S12 of the first source of current S1.
  • the first current source S1 is thus directly connected to the second current source S2 via the connection between the output S12 of the first current source S1 and the output S22 of the second current source S2.
  • This arrangement thus has the advantage of being able to regulate any positive or negative overvoltage depending on the direction of the current.
  • first current source S1 and the second current source S2 are positioned in series on channel 10.
  • the second current source S2 is positioned so as to be opposite the first current source S1 .
  • the second current source S2 is thus positioned “head to tail” relative to the first current source S1.
  • the first current source S1 is active because in the direction of the current while the second current source S2 is, as for it, opposed to the direction of the current and therefore inactive.
  • the second current source S2 is active because in the direction of the current while the first current source S1 is, as for it, opposed to the direction of the current and therefore inactive.
  • the first current source S1 and/or the second current source S2 can be an active means of generating controlled current.
  • first current source S1 and by second current source S2 we understand that the first current source S1 and the second current source S2 are devices capable of producing an electric current operating over a voltage range.
  • the measurable voltage at the generation channel L1 - L2 being identical to the measurable voltage at the channel 10. If an overvoltage is detected between the first terminal L1 and the second terminal L2, this overvoltage is also detected at the level of the protection device 1. However, the current being proportional to the voltage across the generation channel L1 -L2 and in channel 10, the protection device 1 allows, by adapting the current, to regulate the voltage in the protection device 1 and in the generation channel L1 -L2.
  • the first current source S1 makes it possible to generate an electric current in channel 10 so as to regulate the voltage on this same channel 10 and therefore also in the generation channel L1 -L2 so as to limit the overvoltage.
  • the second current source S2 makes it possible to generate an electric current in channel 10 so as to regulate the voltage on this same channel 10 and therefore also in the generation channel L1 -L2 so as to limit the overvoltage.
  • the protection device 1 therefore makes it possible to limit the voltage in the circuit, namely the generation channel L1 -L2 and the channel 10, by regulating the current passing through the protection device 1 in a very short time, less than a nanosecond.
  • Figure 2 shows an enlarged view of the protection device 1.
  • the first current source S1 comprises a first transistor T1 connected to the first terminal L1.
  • the first transistor T1 includes:
  • the first transistor T1 is a power IGBT transistor. It can also be envisaged that the first transistor T1 is a bipolar transistor. Therefore, the first terminal T11 of the bipolar transistor is then a collector, the second terminal T12 of the bipolar transistor is then a base and the third terminal T13 of the bipolar transistor is an emitter.
  • the first transistor T1 is a MOS type transistor. Therefore, the first terminal T11 of the MOS transistor is then a drain, the second terminal T12 of the MOS transistor is then a gate and the third terminal T13 of the MOS transistor is a source.
  • the first current source S1 also comprises a first diode 31 disposed between the first terminal T11 of the first transistor T1 and the third terminal T13 of the first transistor T1.
  • the first diode 31 comprises a cathode 311 connected to the first terminal T11 of the first transistor T1 and an anode 312 connected to the third terminal T13 of the first transistor T 1.
  • the protection device 1 comprises a first overvoltage detector 21 configured to detect an overvoltage level OvH between the first terminal L1 and the second terminal L2 of the generation channel L1 - L2.
  • the overvoltage level OvH is a voltage value between the first terminal L1 and the second terminal L2 of the generation channel L1 -L2 greater than a first predefined high threshold voltage value V.
  • the first high threshold voltage value V can be 200 Volts for 115 Vac generation.
  • the first overvoltage detector 21 is arranged so as to measure the voltage between the first terminal L1 and the second terminal T12 of the first transistor T1. It can also be envisaged that the first overvoltage detector 21 is arranged so as to measure the voltage between the first terminal L1 and the first terminal T11 of the first transistor T 1.
  • the first current source S1 comprises a first resistor R1 so as to make it possible to know the electrical potential between the first terminal L1 and the second terminal L2 in the electrical generation channel L1 -L2. It can be envisaged, in a preferred configuration, that the first overvoltage detector 21 is connected to the first resistor R1 in order to facilitate the measurement of the voltage in channel 10.
  • the first current source S1 also comprises a first current regulation device 41 connected to the first overvoltage detector 21 and configured to regulate the current passing through the first transistor T1 to a current value proportional to the voltage present between the first terminal L1 and the second terminal L2, with a maximum value of 20 amperes for example.
  • the first current source S1 comprises a first activation device 51 of the first regulation device 41 connected to the first overvoltage detector 21 configured to switch from a deactivated state, in which the first regulation device 41 is inactive, to an activated state, in which the first regulation device 41 is active, when the first overvoltage detector 21 detects the overvoltage level OvH.
  • the first activation device 51 of the first regulation device 41 is a state device configured to switch between two states: an activated state and a deactivated state.
  • the first activation device 51 of the first regulation device 41 When the first activation device 51 of the first regulation device 41 is in the activated state, then the first activation device 51 allows the first regulation device 41 to regulate the current passing through the first current source S1 and channel 10 from the first terminal L1 to the second terminal L2. And, when the first activation device 51 of the first regulation device 41 is in the deactivated state, then the first activation device 51 blocks the first regulation device 41 in its regulation of the current in channel 10 of the first terminal L1 to the second terminal L2 so that the first current source S1 and, more particularly the first regulation device 41, does not apply regulation in channel 10. Therefore, the first activation device 51 of the first regulating device 41 switches to an activated state when the first overvoltage detector 21 detects the overvoltage level OvH and into the deactivated state when no overvoltage is detected by the first overvoltage detector 21.
  • the first activation device 51 comprises a first auxiliary voltage detector 61 configured to determine a voltage value between the first terminal L1 and the second terminal L2 of the generation channel L1 -L2. More precisely, the first auxiliary voltage detector 61 can be configured to measure the voltage between the second terminal T12 of the first transistor T1 and the second terminal L2. To do this, a first auxiliary resistor R1 'can be positioned between the second terminal T12 of the first transistor T1 and the second terminal L2 so as to allow the first auxiliary voltage detector 61 to measure the voltage across the first auxiliary resistor R1 '. In other words, the first resistance auxiliary R1 ' makes it possible to give an image of the voltage between the second terminal T12 of the first transistor T1 and the second terminal L2.
  • the first auxiliary voltage detector 61 thus makes it possible to generate a first condition C1 when the first activation device 51 of the first regulation device 41 switches between the activated state and the deactivated state.
  • This first flip-flop condition C1 is interpreted as the measurement of a voltage by the first auxiliary voltage detector 61 whose absolute value is less than a second predefined threshold voltage value V nom .
  • the second voltage value V nom threshold can be 170 Volts for a generation of 115 Vac.
  • the first current source S1 can also comprise a first regulation resistor R1” configured to measure the electrical potential between the first terminal L1 and a terminal C located between the first current source S1 and the second current source S2 .
  • This first regulation resistor then makes it possible to generate a proportionality between the measurable voltage between the first terminal L1 and this terminal C and the current flowing through the first current source S1.
  • the first activation device 51 also comprises a first current detector 71 disposed between the third terminal T13 of the first transistor T1 and the second current source S2 and configured to determine a current value at the third terminal T13 of the first transistor T1.
  • the first current detector 71 thus makes it possible to have a reliable measurement of the current at the output of the first transistor T1.
  • the first current detector 71 thus makes it possible to generate a second condition C2 when the first activation device 51 of the first regulation device 41 switches between the activated state and the deactivated state. This second flip-flop condition C2 is interpreted as the measurement of a current by the first zero current detector 71 at the output of the first transistor T1.
  • the first current detector 71 is connected to a first transistor resistor Rl igbt connected to the third terminal T13 of the first transistor T1.
  • the first transistor resistor Rl igbt is a low value resistance making it possible to give an image of the current passing through the first current source S1.
  • the first activation device 51 is configured to switch from the activated state to the deactivated state when the voltage value determined by the first auxiliary voltage detector 61 is less than the second voltage value V nom predefined and when the current value determined by the first current detector 71 is zero.
  • the first activation device 51 can only switch from the activated state to the deactivated state when the first condition C1 and the second condition C2 are both respected. Therefore, when the first condition C1 and the second condition C2 are respected, then the first regulation device 41 is inactive, thus reflecting a nominal operating state in the electrical generation channel L1 -L2 and in channel 10 and an absence of overvoltage.
  • the only condition allowing the first activation device 51 of the first regulation device 41 to switch from the inactivated state to the activated state is the detection of a voltage value by the first overvoltage detector 21 greater than the first high threshold voltage value V and therefore an overvoltage level OvH. From then on, the first regulation device 41 is active, thus reflecting a state of malfunction in the electrical generation channel L1 -L2 and in channel 10 and the presence of an overvoltage.
  • the presence of a voltage measurement lower than the second voltage value V nom threshold thus makes it possible to highlight the fact that the voltage between the first terminal L1 and the second terminal L2 makes it possible not to degrade the components between the first terminal L1 and the second terminal L2.
  • the presence of a cancellation of the current entering the output of the first transistor T1 thus reflects a reversal of the direction of the current between the first terminal L1 and the second terminal L2.
  • the second current source S2 comprises a second transistor T2 connected to the second terminal L2.
  • the second transistor T2 includes:
  • the second transistor T2 is a power transistor. It can also be envisaged that the second transistor T2 is a bipolar transistor. Therefore, the first terminal T21 of the bipolar transistor is then a collector, the second terminal T22 of the bipolar transistor is then a base and the third terminal T23 of the bipolar transistor is an emitter.
  • the second transistor T2 is a MOS type transistor. From then on, the first terminal T21 of the MOS transistor is then a drain, the second terminal T22 of the MOS transistor is then a gate and the third terminal T23 of the MOS transistor is a source.
  • the second current source S2 also comprises a second diode 32 disposed between the first terminal T21 of the second transistor T2 and the third terminal T23 of the second transistor T2.
  • the second diode 32 comprises a cathode 321 connected to the first terminal T21 of the second transistor T2 and an anode 322 connected to the third terminal T23 of the second transistor T2.
  • the protection device 1 comprises a second overvoltage detector 22 configured to detect a second overvoltage level OvH' between the second terminal L2 and the first terminal L1 of the generation channel L1 -L2.
  • the second overvoltage level OvH' is a voltage value between the second terminal L2 and the first terminal L1 of the generation channel L1 -L2 greater than a third predefined high threshold voltage value V'.
  • the third high threshold voltage value V' may be -200 Volts for 115 Vac generation. Indeed, the voltage being measured from the second terminal L2 to the first terminal L1, the voltage is negative with respect to the electrical generation channel L1 -L2.
  • the first overvoltage detector 21 and the second overvoltage detector 22 are included in a single overvoltage detector comprising different voltage measurement sensors at the first transistor T1 and the second transistor T2.
  • This configuration has the advantage of making it possible to limit the bulk in the protection device 1.
  • the absolute value of the third high threshold voltage value V' is identical to the absolute value of the first high threshold voltage value V so that the single overvoltage detector is configured to measure the absolute value of the voltage in the electrical generation channel L1 -L2, regardless of the direction of the current. Therefore, the absolute value of the overvoltage level OvH is identical to the absolute value of the second overvoltage level OvH' so that the voltage is estimated as acceptable when the measurement of the value of the voltage by the single overvoltage detector or by the first overvoltage detector 21 or by the second overvoltage detector 22 is between the first high threshold voltage value V and the third high threshold voltage value V'.
  • the second overvoltage detector 22 is arranged so as to measure the voltage between the second terminal L2 and the second terminal T22 of the second transistor T2. It can also be envisaged that the second overvoltage detector 22 is arranged so as to measure the voltage between the second terminal L2 and the first terminal T21 of the second transistor T2.
  • the second current source S2 comprises a second resistor R2 so as to make it possible to know the electrical potential between the first terminal L1 and the second terminal L2 in the electrical generation channel L1 -L2. It can be envisaged, in a preferred configuration, that the second overvoltage detector 22 is connected to the second resistor R2 in order to facilitate the measurement of the voltage in channel 10. [0071] It can also be envisaged, as mentioned above, that the single overvoltage detector is connected to the first resistor R1 and to the second resistor R2.
  • the second current source S2 also comprises a second current regulation device 42 connected to the second overvoltage detector 22 and configured to limit the current passing through the second transistor T2 to a predefined current value, with a maximum value of 20 amps for example.
  • the second regulation device 42 is arranged between the second resistor R2 and the second terminal T22 of the second transistor T2.
  • any other arrangement can be considered as long as the second current regulation device 42 is connected to the second overvoltage detector 22.
  • the first regulation device 41 and the second regulation device 42 can be included in a single regulation device making it possible to limit the bulk in the protection device 1.
  • the second current source S2 comprises a second activation device 52 of the second regulation device 42 connected to the second overvoltage detector 22 configured to switch from a deactivated state, in which the second regulation device 42 is inactive, in an activated state, in which the second regulation device 42 is active, when the second overvoltage detector 22 detects the second overvoltage level OvH'.
  • the second activation device 52 of the second regulation device 42 is a state device configured to switch between two states: an activated state and a deactivated state.
  • the second activation device 52 of the second regulation device 42 When the second activation device 52 of the second regulation device 42 is in the activated state, then the second activation device 52 allows the second regulation device 42 to regulate the current passing through the second current source S2 and channel 10 from the second terminal L2 to the first terminal L1. And, when the second activation device 52 of the second regulation device 42 is in the deactivated state, then the second activation device 52 blocks the second regulation device 42 in its regulation of the current in channel 10 of the second terminal L2 to the first terminal L1 so that the second current source S2 and, more particularly the second regulation device 42, does not apply regulation in channel 10. Therefore, the second activation device 52 of the second regulation device 42 switches to an activated state when the second overvoltage detector 22 detects the second overvoltage level OvH' and in the deactivated state when no overvoltage is detected by the second overvoltage detector 22.
  • the second activation device 52 comprises a second auxiliary voltage detector 62 configured to determine a voltage value between the second terminal L2 and the first terminal L1 of the generation channel L1 -L2. More precisely, the second auxiliary voltage detector 62 can be configured to measure the voltage between the second terminal T22 of the second transistor T2 and the first terminal L1. To do this, a second auxiliary resistor R2' can be positioned between the second terminal T22 of the second transistor T2 and the first terminal L1 so as to allow the second auxiliary voltage detector 62 to measure the voltage across the second auxiliary resistor R2 '. In other words, the second auxiliary resistor R2' makes it possible to give an image of the voltage between the second terminal T22 of the second transistor T2 and the first terminal L1.
  • the second auxiliary voltage detector 62 thus also makes it possible to generate the first condition C1 when the second activation device 52 of the second regulation device 42 switches between the activated state and the deactivated state. And, similarly, the first flip-flop condition C1 is interpreted as the measurement of a voltage by the second auxiliary voltage detector 62 whose absolute value is less than the second voltage value V nom predefined threshold.
  • the second current source S2 can also comprise a second regulation resistor R2” configured to measure the electrical potential between the second terminal L2 and the terminal C located between the first current source S1 and the second current source S2 .
  • This second regulation resistor R2” then makes it possible to generate a proportionality between the measurable voltage between the second terminal L2 and this terminal C and the current passing through the second current source S1.
  • the second activation device 52 also comprises a second current detector 72 disposed between the third terminal T23 of the second transistor T2 and the first current source S1 and configured to determine a value of current to the third terminal T23 of the second transistor T2.
  • the second current detector 72 thus makes it possible to have a reliable measurement of the current at the output of the second transistor T2. It can be envisaged that the second current detector 72 is connected to a second resistance of transistor R2 igbt connected to the third terminal T23 of the second transistor T2.
  • the second transistor resistor R2 igbt is a low value resistance making it possible to give an image of the current passing through the second current source S2.
  • the second current detector 72 thus makes it possible to generate the second condition C2 when the second activation device 52 of the second regulation device 42 switches between the activated state and the deactivated state.
  • the second flip-flop condition C2 is interpreted as the measurement of a current by the second zero current detector 72 at the output of the second transistor T2. Therefore, the second condition C2 is active when a current measurement equal to zero is observed between the first transistor T1 and the second transistor T2, reflecting a reversal of the direction of the current between the first transistor T1 and the second transistor T2.
  • the second activation device 52 is configured to switch from the activated state to the deactivated state when the absolute value of the voltage determined by the second auxiliary voltage detector 62 is less than the second voltage value V name and when the current value determined by the second current detector 72 is zero.
  • the second activation device 52 can only switch from the activated state to the deactivated state when the first condition C1 and the second condition C2 are both respected, the validations of these two conditions, namely the first condition C1 and the second condition C2, being respectively transmitted by the second auxiliary voltage detector 62 and by the second current detector 72.
  • the first activation device 51 switches from the activated state to the inactivated state only when the first condition C1 and the second condition C2 are respected together, the validations of these two conditions, namely the first condition C1 and the second condition C2, being respectively transmitted by the first auxiliary voltage detector 61 and by the second current detector 71.
  • the second regulation device 42 when the first condition C1 and the second condition C2 are respected, then the second regulation device 42 is inactive, thus translating a nominal operating state in the electrical generation channel L1 -L2 and in channel 10 and an absence of overvoltage.
  • the only condition allowing the second activation device 52 of the second regulation device 42 to switch from the inactivated state to the activated state is the detection of an absolute voltage value by the second overvoltage detector 22 greater than the first high threshold voltage value V and therefore an overvoltage level OvH.
  • the second regulation device 42 can switch from the inactivated state to the activated state only if the voltage value measured by the second overvoltage detector 22 is less than the third high threshold voltage value V', in the case where
  • the second regulation device 42 is active, thus reflecting a state of malfunction in the electrical generation channel L1 -L2 and in channel 10 and the presence of an overvoltage.
  • the protection device 1 can also include an opening device 8 of the protection device 1.
  • This opening device 8 ensures a function of protecting the generation channel L1 -L2 with respect to a possible overvoltage generated by the protection device 1 following a malfunction of the first current source S1 or the second current source S2.
  • the opening device 8 is thus configured to open channel 10 so as to no longer allow transmission of current in channel 10.
  • the opening device 8 can be a controlled switch, a circuit breaker or, according to a preferred aspect, a fuse.
  • the opening device 8 can be positioned randomly in channel 10, that is to say between the first terminal L1 and the first source S1, or between the first source S1 and the second source S2 or between the second source S2 and the second terminal L2.
  • Figure 3 thus represents a structural view of the protection device 1.
  • the first overvoltage detector 21, the first auxiliary voltage detector 61, the first current detector 71 and the first current regulation device 41 are operational amplifiers.
  • the second overvoltage detector 22, the second auxiliary voltage detector 62, the second current detector 72 and the second current regulation device 42 can also be operational amplifiers.
  • a set of transistors can be considered.
  • Each additional protection unit thus comprises a structure equivalent to the first protection unit 1', that is to say that each additional protection unit comprises a first additional current source S3 identical to the first current source S1, a second additional current source S4 identical to the second current source S2 and an additional opening device 8'. And, as in the first protection unit 1 ', the first additional current source S3 is in a direction opposite to the second additional current source S4.
  • Each additional protection unit 1” to ln is arranged as a branch of the first protection unit 1' and the electrical generation channel L1 -L2 so as to regulate the current effectively and limit any overvoltage detected.
  • the overvoltage generated between the first terminal L1 and the second terminal L2 has a defined energy.
  • the use of several protection units, comprising the first protection unit 1 'as presented in Figures 1 to 3, and one or more additional protection units 1 "to l n , has the advantage of distributing the absorption of the energy generated by this overvoltage on several channels without adding a component dedicated to this absorption.
  • an overvoltage generating energy equivalent to a value of one hundred watts it is possible to consider the use of a single protection unit 1'.
  • an overvoltage generating for an overvoltage generating, for example, energy equivalent to a value of around two hundred watts, it can then be considered to add an additional 1” protection unit.
  • the protection device 1 then comprises two units protection 1 'and 1” placed in parallel with each other and also in parallel with the electrical generation channel L1 -L2.
  • the use of several additional protection units also has the advantage of allowing the protection device 1 to operate even if one of the additional protection units does not operate correctly and it is necessary to 'open the channel of the defective additional protection unit via the additional opening device 8' of the defective additional protection unit.
  • each phase comprises a set of one or more protection units in order to protect each phase of the electrical machine against a possible overvoltage.
  • a first phase N1 formed between the first terminal L1 and the second terminal L2 can comprise a first protection assembly P1 formed by the first protection unit 1' and possibly one or more additional protection units 1” to l n .
  • a second protection assembly P2 formed by a second main protection unit 2' and possibly d 'one or more additional protection units 2” to 2 n it can also be envisaged to incorporate a second protection assembly P2 formed by a second main protection unit 2' and possibly d 'one or more additional protection units 2” to 2 n .
  • each phase Nx formed between two terminals can include an identical Px protection assembly.
  • Figure 6 represents a chronogram of the evolution over time of an overvoltage detected by the protection device 1.
  • the first line of this timing diagram represents the voltage measured by the first overvoltage detector 21 or by the second overvoltage detector 22, depending on the direction of the current, as well as by the first auxiliary voltage detector 61 or by the second auxiliary voltage detector 62, depending on the direction of the current, in the electrical generation channel L1 -L2 between the first load L1 and the second load L2.
  • the first high threshold voltage value V making it possible to detect an overvoltage level OvH
  • the second voltage value V nom threshold making it possible to detect a nominal voltage value and the end of the measured overvoltage.
  • an overvoltage is detected with a voltage measurement, by the first overvoltage detector 21 or by the second overvoltage detector 22, depending on the direction of the current, greater than the first high threshold voltage value V.
  • the second line of the timing diagram in Figure 6 is a binary representation of the cancellation of the current measured by the first current detector 71 or by the second current detector 72 in the protection device 1, and more particularly in the channel 10. More precisely, this signal is a slot representation of which each edge represents a cancellation of the current in channel 10 thus making it possible to be in agreement with the second condition C2 in order to allow the switching of the first activation device 51 of the first regulation device 41 or the second activation device 52 of the second regulation device 42 between the activated state and the deactivated state. From then on, the second condition C2 is respected at each edge of the slot.
  • the third line of the timing diagram is also a binary representation of the detection, on the part of the first auxiliary voltage detector 61 or the second auxiliary voltage detector 62, depending on the direction of the current, of a voltage lower than the second voltage value V name threshold. More precisely, the binary signal is in a high position when the voltage measured by the first auxiliary voltage detector 61 or the second auxiliary voltage detector 62 is less than the second voltage value V nom threshold and in a low position when the voltage measured is greater than the second voltage value V nom threshold.
  • the third line of this timing diagram is a binary representation of compliance with the first condition C1 allowing the switching of the first activation device 51 of the first regulation device 41 or of the second activation device 52 of the second regulation device 42 between the activated state and the deactivated state. Therefore, the first condition C1 is respected when the signal is in its high position.
  • the second line and the third line of the chronogram of Figure 6 are graphic representations of the cumulative conditions, namely the first condition C1 and the second condition C2 allowing the first activation device 51 of the first regulation device 41 or the second activation device 52 of the second regulation device 42 to switch between the activated state and the deactivated state. From then on, the second condition C2 is respected at each edge of the slot. Therefore, this switch between the activated state and the deactivated state takes place when simultaneously, an edge is detected in the slot signal of the second line and the signal of the third line is in its high position.
  • the fourth line of the timing diagram in Figure 6 represents the detection of an overvoltage level OvH by the first overvoltage detector 21 or by the second overvoltage detector 22, depending on the direction of the current in the electrical generation channel L1 -L2.
  • This detection is done through a binary representation in which a high position represents a detected overvoltage and a low position represents the absence of an overvoltage detection. Therefore, the switch from the inactivated state to the activated state of the first activation device 51 of the first regulation device 41 or of the second activation device 52 of the second regulation device 42 occurs when this overvoltage level is detected, that is to say when the signal switches to the high position.
  • the fifth line of the timing diagram in Figure 6 then represents the duration during which the first activation device 51 of the first regulation device 41 or the second activation device 52 of the second regulation device 42 is in the state enabled or in the disabled state. More precisely, this binary representation makes it possible to indicate that when the signal is in a high position, then the first activation device 51 of the first regulation device 41 or the second activation device 52 of the second regulation device 42 is in the activated state following detection of an overvoltage while when the signal is in a low position, then first activation device 51 of the first regulation device 41 or the second activation device 52 of the second device regulation 42 is in the deactivated state following the simultaneous detection of the first condition C1 and the second condition C2.
  • Figures 7A and 7B thus present waveforms associated with the voltage measured in the electrical generation channel L1 -L2 crossed by an alternating current. More precisely, Figure 7A presents a situation in which the electrical generation channel L1 -L2 operates without input from the protection device while Figure 7B represents a situation in which the electrical generation channel L1 -L2 is supplemented, in the event of a overvoltage, by the protection device 1.
  • the protection device 1 makes it possible to limit any overvoltage peak detected beyond the thresholds V high and V' high so as not to impact the electrical components present in the electrical generation channel L1 -L2.
  • the proposed protection device 1 therefore aims, by a unique means, to overcome rapid and slow overvoltages without distortion and without reducing the available power of the electrical network.
  • the modularity of this means makes this protection function available and adaptable to the varying amounts of energy to be absorbed.
  • This protection device 1 is characterized by:
  • a safety device that is to say an element which opens if the protection function is short-circuited

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif de protection (1) de surtension rapide et de surtension lente disposé en parallèle d'un canal de génération d'un courant alternatif (L1-L2), le dispositif de protection (1) comprenant : - Une première source de courant (S1) comprenant une entrée (S11) et une sortie (S12), l'entrée (S11) de la première source de courant (S1) étant reliée à une première borne (L1) du canal de génération, - Une deuxième source de courant (S2) comprenant une entrée (S21) et une sortie (S22), l'entrée (S21) de la deuxième source de courant (S2) étant reliée à une deuxième borne (L2) du canal de génération, la sortie (S22) de la deuxième source de courant (S2) étant reliée à la sortie (S12) de la première source de courant (S1).

Description

DESCRIPTION
GENERATION ELECTRIQUE AC COMPRENANT UN DISPOSITIF DE PROTECTION DE SURTENSION NON INDUCTIVE
[0001] L’invention concerne la protection des charges connectées à un canal de génération électrique alternatif. Plus précisément, l’invention s’intéresse à la protection contre les surtensions dans un réseau électrique alternatif. L’invention trouve un intérêt particulier dans le domaine de l’aéronautique dans lequel la sécurité des circuits et réseaux électriques alternatifs est primordial mais trouve également un intérêt dans le domaine de la génération d’électricité dans un réseau nécessitant par exemple l’utilisation d’une machine selfique.
[0002] Dans un réseau électrique alternatif, différents types de surtensions peuvent être détectés de manière éphémère ou plus durable. Et, ces surtensions peuvent endommager les équipements électriques ou électroniques et amener à des évènements catastrophiques en particulier pour les systèmes associés à une disponibilité importante et un taux de panne faible.
[0003] Actuellement, deux types de surtension peuvent être identifiés :
- Les surtensions « rapides » pour lesquels le temps de réaction pour compenser la surtension doit être court sous peine de grandement impacter le réseau électrique,
- Les surtensions « lentes » induisant une génération plus importante d’énergie mais ne nécessitant pas un temps de réaction faible de gestion de la surtension dans le réseau.
[0004] Habituellement les protections contre les surtensions rapides et les surtensions lentes sont réalisées par des systèmes de protections différents.
[0005] Ainsi, afin de protéger le réseau électrique alternatif contre une surtension rapide, un utilisateur peut décider d’incorporer dans le circuit :
- Une diode Zener Transil ou un écreteur actif qui présente un temps de réaction très faible, à savoir inférieur à la nanoseconde, mais ne permet d’absorber qu’une faible quantité d’énergie. En outre, ce type de composant présente une tolérance vis-à-vis de la surtension inférieure à 5%, c’est-à-dire que la surtension ne doit pas être très élevée par rapport à la tension habituellement mesurable dans le réseau et génère des perturbations hautes fréquences lors de leur utilisation,
- Une varistance oxyde de zinc qui présente un temps de réaction faible, compris entre une dizaine de nanosecondes et une centaine de nanosecondes mais ne peut absorber qu’une faible quantité d’énergie également. De plus, ce type de composant présente une tolérance vis-à-vis de la surtension relativement plus élevée par rapport à la diode zener mais toujours faible. Néanmoins, à l’inverse de la diode zener, la varistance ZNO présente l’intérêt de ne pas générer de perturbation dans le réseau,
- Un éclateur à gaz qui présente, quant à lui, un temps de réaction relativement plus important par rapport aux composants cités précédemment, à savoir de quelques microsecondes à la milliseconde mais qui présente l’intérêt d’absorber une forte quantité d’énergie pendant la surtension. En outre, sa tolérance par rapport à la surtension est alors également importante par rapport aux composants cités précédemment. Néanmoins, ce composant présente l’inconvénient de rendre le réseau indisponible,
- Et enfin, une résistance crowbar peut également être envisagée. Ce composant présente un temps de réaction et une capacité à absorber l’énergie équivalent aux caractéristiques de l’éclateur à gaz. Néanmoins, ce composant présente une tolérance à la surtension équivalente à la varistance ZNO et induit à une indisponibilité du réseau électrique lors de son utilisation.
[0006] Néanmoins, aucun de ces composants ne permet de protéger le réseau lorsque d’une surtension lente, générant une énergie importante dans le réseau, apparait.
[0007] Dès lors, afin de protéger le circuit lors d’une surtension lente, l’homme du métier peut décider d’ajouter au circuit une résistance commutée permettant d’absorber l’énergie générer. Néanmoins, ce composant génère également une surtension à l’ouverture.
[0008] Ainsi, il n’existe actuellement pas de composant permettant de composant une surtension rapide et une surtension lente et l’homme du métier se retrouve dans l’obligation d’ajouter plusieurs composants dans son réseau, ce qui n’est parfois pas envisageable lorsque l’espace disponible est faible. [0009] L’invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un dispositif de protection contre les surtensions rapides et les surtensions lentes qui ne génère pas de distorsion et ne réduit pas la puissance disponible du réseau électrique.
[0010] En outre, ce dispositif de protection se caractérise avantageusement par un temps de réaction faible, à savoir inférieur à la microseconde et sa capacité à écrêter les surtensions positives et négatives de façon indépendantes.
[001 1 ] A cet effet, l’invention a pour objet un générateur d’énergie électrique configuré pour générer une énergie électrique à une charge par le biais d’un canal de génération d’un courant alternatif, le générateur d’énergie électrique comprenant un dispositif de protection de surtension rapide et de surtension lente disposé en parallèle du canal de génération d’un courant alternatif, le dispositif de protection comprenant :
- Une première source de courant comprenant une entrée et une sortie, l’entrée de la première source de courant étant reliée à une première borne du canal de génération,
- Une deuxième source de courant comprenant une entrée et une sortie, l’entrée de la deuxième source de courant étant reliée à une deuxième borne du canal de génération, la sortie de la deuxième source de courant étant reliée à la sortie de la première source de courant.
[0012] Selon un aspect de l’invention, la première source de courant et/ou la deuxième source de courant sont configurées pour générer un courant proportionnel à une tension mesurable à la première source de courant ou à la deuxième source de courant.
[0013] Selon un aspect de l’invention, le dispositif de protection de surtension comprend un détecteur de surtension configuré pour détecter un niveau de surtension entre la première borne et la deuxième borne du canal de génération, le niveau de surtension étant une valeur de tension entre la première borne et la deuxième borne du canal de génération supérieure à une première valeur de tension seuil prédéfinie.
[0014] Selon un aspect de l’invention, la première source de courant comprend : un premier transistor, le premier transistor comprenant : o une première borne reliée à la première borne du canal de génération, o une deuxième borne reliée à la première borne du canal de génération, o une troisième borne reliée à la deuxième source de courant,
- une première diode comprenant une cathode reliée à la première borne du premier transistor et une anode reliée à la troisième borne du premier transistor,
- une première résistance disposée entre la première borne du canal de génération et la deuxième borne du premier transistor et reliée au détecteur de surtension,
- un premier dispositif de régulation du courant relié au détecteur de surtension, disposé entre la première résistance et la deuxième borne du premier transistor et configuré pour limiter le courant traversant le premier transistor à une valeur de courant prédéfinie.
[0015] Selon un aspect de l’invention, la première source de courant comprend un premier dispositif d’activation du premier dispositif de régulation relié au détecteur de surtension configuré pour basculer d’un état désactivé, dans lequel le premier dispositif de régulation est inactif, à un état activé, dans lequel le premier dispositif de régulation est actif, lorsque le détecteur de surtension détecte le niveau de surtension, le premier dispositif d’activation comprenant :
- Un premier détecteur de tension auxiliaire configuré pour déterminer une valeur de tension entre la première borne et la deuxième borne du canal de génération,
- Un premier détecteur de courant disposé entre la troisième borne du premier transistor et la deuxième source de courant configuré pour déterminer une valeur de courant à la troisième borne du premier transistor, le premier dispositif d’activation étant configuré pour basculer de l’état activé à l’état désactivé lorsque la valeur de tension déterminée par le premier détecteur de tension auxiliaire est inférieure à une deuxième valeur de tension prédéfinie et lorsque la valeur de courant déterminer par le premier détecteur de courant est nulle.
[0016] Selon un aspect de l’invention, la deuxième source de courant comprend :
- un deuxième transistor, le deuxième transistor comprenant : o une première borne reliée à la deuxième borne du canal de génération, o une deuxième borne reliée à la deuxième borne du canal de génération, o une troisième borne reliée à la première source de courant,
- une deuxième diode comprenant une cathode reliée à la première borne du deuxième transistor et une anode reliée à la troisième borne du deuxième transistor,
- une deuxième résistance disposée entre la deuxième borne du canal de génération et la deuxième borne du deuxième transistor et reliée au détecteur de surtension,
- un deuxième dispositif de régulation du courant relié au détecteur de surtension, disposé entre la deuxième résistance et la deuxième borne du deuxième transistor et configuré pour limiter le courant traversant le deuxième transistor à une valeur de courant prédéfinie.
[0017] Selon un aspect de l’invention, la deuxième source de courant comprend un deuxième dispositif d’activation du deuxième dispositif de régulation relié au détecteur de surtension configuré pour basculer d’un état désactivé, dans lequel le deuxième dispositif de régulation est inactif, à un état activé, dans lequel le deuxième dispositif de régulation est actif, lorsque le détecteur de surtension détecte le niveau de surtension, le deuxième dispositif d’activation comprenant :
- Un deuxième détecteur de tension auxiliaire configuré pour déterminer une valeur de tension entre la première borne et la deuxième borne du canal de génération,
- Un deuxième détecteur de courant disposé entre la troisième borne du deuxième transistor et la première source de courant configuré pour déterminer une valeur de courant à la troisième borne du deuxième transistor, le deuxième dispositif d’activation étant configuré pour basculer de l’état activé à l’état désactivé lorsque la valeur de tension déterminée par le deuxième détecteur de tension auxiliaire est inférieure à une troisième valeur de tension prédéfinie et lorsque la valeur de courant déterminer par le deuxième détecteur de courant est nulle.
[0018] Selon un aspect de l’invention, le premier transistor est un transistor bipolaire.
[0019] Selon un aspect de l’invention, le deuxième transistor est un transistor bipolaire.
[0020] Selon un aspect de l’invention, le dispositif de protection comprend un dispositif d’ouverture du dispositif de protection.
[0021 ] Selon un aspect de l’invention, le dispositif de protection une première unité de protection, la première unité de protection comprenant la première source de courant et la deuxième source de courant, le dispositif de protection comprenant au moins une unité de protection additionnelle comprenant une première source de courant additionnelle identique à la première source de courant et une deuxième source de courant additionnelle identique à la deuxième source de courant, l’au moins une unité de protection additionnelle étant disposée en dérivation de la première unité de protection.
[0022] L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d’un mode de réalisation donné à titre d’exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
[0023] [Fig.1 ] la figure 1 représente une vue schématique d’un dispositif de protection de surtension rapide et de surtension lente selon l’invention ;
[0024] [Fig.2] la figure 2 représente une vue agrandie du dispositif de protection de la figure 1 ;
[0025] [Fig.3] la figure 3 représente une vue structurelle du dispositif de protection de la figure 1 ;
[0026] [Fig.4] la figure 4 représente le dispositif de protection selon une première variante ;
[0027] [Fig.5] la figure 5 représente le dispositif de protection selon une deuxième variante; [0028] [Fig.6] la figure 6 représente un chronogramme de l’impact du dispositif de protection sur la machine électrique selon l’invention ;
[0029] [Fig.7A] la figure 7A représente un chronogramme du comportement ondulatoire dans un canal de génération électrique en l’absence du dispositif de protection selon l’invention ;
[0030] [Fig.7B] la figure 7B représente un chronogramme du comportement ondulatoire dans un canal de génération électrique en présence du dispositif de protection selon l’invention.
[0031] Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.
[0032] La figure 1 représente ainsi une vue schématique d’un générateur d’énergie 100 électrique configuré pour générer une énergie électrique à une charge CH par le biais d’un canal de génération d’un courant électrique L1 -L2. La charge CH est ainsi branchée en parallèle du canal de génération du courant électrique L1 -L2. Le générateur d’énergie comprend un dispositif de protection 1 de surtension rapide et de surtension lente disposé en parallèle d’un canal de génération d’un courant alternatif L1 -L2 entre une première borne L1 et une deuxième borne L2. Le dispositif de protection est disposé en parallèle de la charge CH. Comme énoncé précédemment, le courant entre la première borne L1 et la deuxième borne L2 au niveau du canal de génération L1 -L2 est un courant alternatif, ce qui veux dire que le sens du courant électrique peut se faire de la première borne L1 en direction de la deuxième borne L2 ou de la deuxième borne L2 en direction de la première borne L1 . Le dispositif de protection 1 est donc disposé selon son propre canal 10 parallèle au canal de génération L1 -L2.
[0033] Le dispositif de protection 1 comprend une première source de courant S1 comprenant une entrée S11 et une sortie S12. Et, l’entrée S11 de la première source de courant S1 est reliée à la première borne L1 du canal de génération L1 -L2.
[0034] Le dispositif de protection 1 comprend également une deuxième source de courant S2 qui comprend aussi une entrée S21 et une sortie S22. Et, l’entrée S21 de la deuxième source de courant S2 est reliée à la deuxième borne L2 du canal de génération L1 -L2 alors que la sortie S22 de la deuxième source de courant S2 est reliée à la sortie S12 de la première source de courant S1 . [0035] La première source de courant S1 est ainsi directement connectée à la deuxième source de courant S2 par le biais de la connexion entre la sortie S12 de la première source de courant S1 et la sortie S22 de la deuxième source de courant S2.
[0036] Cette disposition présente ainsi l’avantage de pouvoir réguler toute surtension positive ou négative en fonction du sens du courant.
[0037] Autrement dit, la première source de courant S1 et la deuxième source de courant S2 sont positionnées en série sur le canal 10. Et, la deuxième source de courant S2 est positionnée de sorte à être opposée à la première source de courant S1 . La deuxième source de courant S2 est ainsi positionnée « tête bêche » par rapport à la première source de courant S1 .
[0038] Ainsi, lorsque le sens du courant se fait de la première borne L1 en direction de la deuxième borne L2, alors la première source de courant S1 est active car dans le sens du courant alors que la deuxième source de courant S2 est, quant à elle, opposée au sens du courant et donc inactive. A l’inverse, lorsque le sens du courant se fait de la deuxième borne L2 en direction de la première borne L1 , alors la deuxième source de courant S2 est active car dans le sens du courant alors que la première source de courant S1 est, quant à elle, opposée au sens du courant et donc inactive.
[0039] En variante, la première source de courant S1 et/ou la deuxième source de courant S2 peuvent être un moyen actif de génération de courant commandé.
[0040] On comprend par première source de courant S1 et par deuxième source de courant S2 que la première source de courant S1 et la deuxième source de courant S2 sont des dispositifs pouvant produire un courant électrique fonctionnant sur une plage de tension.
[0041] Plus précisément, la tension mesurable au niveau du canal de génération L1 - L2 étant identique à la tension mesurable au niveau du canal 10. Si une surtension est détectée entre la première borne L1 et la deuxième borne L2, cette surtension est également détectée au niveau du dispositif de protection 1. Or, le courant étant proportionnelle à la tension aux bornes du canal de génération L1 -L2 et dans le canal 10, le dispositif de protection 1 permet, en adaptant le courant, de réguler la tension dans le dispositif de protection 1 et dans le canal de génération L1 -L2. [0042] Autrement dit, lorsque le sens du courant électrique se fait de la première borne L1 à la deuxième borne L2 et qu’une surtension est détectée au niveau du canal de génération L1 -L2, alors la première source de courant S1 permet de générer un courant électrique dans le canal 10 de sorte à réguler la tension sur ce même canal 10 et donc également dans le canal de génération L1 -L2 de sorte à limiter la surtension. Et, lorsque le sens du courant électrique se fait de la deuxième borne L2 à la première borne L1 et qu’une surtension est détectée au niveau du canal de génération L1 -L2, alors la deuxième source de courant S2 permet de générer un courant électrique dans le canal 10 de sorte à réguler la tension sur ce même canal 10 et donc également dans le canal de génération L1 -L2 de sorte à limiter la surtension. Le dispositif de protection 1 permet donc de limiter la tension dans le circuit, à savoir le canal de génération L1 -L2 et le canal 10, en régulant le courant traversant le dispositif de protection 1 dans un délai très court, inférieur à la nanoseconde.
[0043] La figure 2 représente une vue agrandie du dispositif de protection 1 .
[0044] La première source de courant S1 comprend un premier transistor T1 relié à la première borne L1 . Le premier transistor T1 comprend :
- une première borne T11 reliée à la première borne L1 du canal de génération L1 -L2,
- une deuxième borne T12 reliée également à la première borne L1 du canal de génération L1 -L2,
- et une troisième borne T 13 reliée à la deuxième source de courant S2.
[0045] Le premier transistor T1 est un transistor IGBT de puissance. Il peut également être envisagé que le premier transistor T1 soit un transistor bipolaire. Dès lors, la première borne T11 du transistor bipolaire est alors un collecteur, la deuxième borne T12 du transistor bipolaire est alors une base et la troisième borne T13 du transistor bipolaire est un émetteur.
[0046] Il peut également être envisagé que le premier transistor T1 soit un transistor de type MOS. Dès lors, la première borne T11 du transistor MOS est alors un drain, la deuxième borne T12 du transistor MOS est alors une grille et la troisième borne T13 du transistor MOS est une source. [0047] La première source de courant S1 comprend également une première diode 31 disposé entre la première borne T11 du premier transistor T1 et la troisième borne T13 du premier transistor T1. Autrement dit, la première diode 31 comprend une cathode 311 reliée à la première borne T11 du premier transistor T1 et une anode 312 reliée à la troisième borne T13 du premier transistor T 1 .
[0048] Ainsi, comme dit précédemment, lorsque le sens du courant est de la première borne L1 à la deuxième borne L2, alors le courant en provenance de la première borne L1 traverse seulement le transistor de puissance T1 qui est passant puisque la première diode 31 , et plus précisément la cathode 311 est bloquée.
[0049] Ainsi, afin de pouvoir détecter l’éventuelle surtension dans le canal de génération L1 -L2 et dans le canal 10, le dispositif de protection 1 comprend un premier détecteur de surtension 21 configuré pour détecter un niveau de surtension OvH entre la première borne L1 et la deuxième borne L2 du canal de génération L1 - L2. Le niveau de surtension OvH est une valeur de tension entre la première borne L1 et la deuxième borne L2 du canal de génération L1 -L2 supérieure à une première valeur de tension Vhaut seuil prédéfinie. A titre d’exemple indicatif, la première valeur de tension Vhaut seuil peut être de 200 Volts pour une génération de 115 Vac.
[0050] Le premier détecteur de surtension 21 est disposé de sorte à mesurer la tension entre la première borne L1 et la deuxième borne T12 du premier transistor T1. Il peut également être envisagé que le premier détecteur de surtension 21 soit disposé de sorte à mesurer la tension entre la première borne L1 et la première borne T11 du premier transistor T 1 .
[0051] En outre, la première source de courant S1 comprend une première résistance R1 de sorte à permettre de connaître le potentiel électrique entre la première borne L1 et la deuxième borne L2 dans le canal de génération électrique L1 -L2. Il peut être envisagé, dans une configuration préférentielle, que le premier détecteur de surtension 21 soit relié à la première résistance R1 afin de faciliter la mesure de la tension dans le canal 10.
[0052] La première source de courant S1 comprend également un premier dispositif de régulation 41 du courant relié au premier détecteur de surtension 21 et configuré pour réguler le courant traversant le premier transistor T1 à une valeur de courant proportionnelle à la tension présente entre la première borne L1 et la deuxième borne L2, avec une valeur maximale de 20 ampères par exemple.
[0053] De plus, la première source de courant S1 comprend un premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 relié au premier détecteur de surtension 21 configuré pour basculer d’un état désactivé, dans lequel le premier dispositif de régulation 41 est inactif, à un état activé, dans lequel le premier dispositif de régulation 41 est actif, lorsque le premier détecteur de surtension 21 détecte le niveau de surtension OvH. Autrement dit, le premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 est un dispositif d’état configuré pour basculer entre deux états : un état activé et un état désactivé.
[0054] Lorsque le premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 est dans l’état activé, alors le premier dispositif d’activation 51 permet au premier dispositif de régulation 41 de réguler le courant traversant la première source de courant S1 et le canal 10 de la première borne L1 à la deuxième borne L2. Et, lorsque le premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 est dans l’état désactivé, alors le premier dispositif d’activation 51 bloque le premier dispositif de régulation 41 dans sa régulation du courant dans le canal 10 de la première borne L1 à la deuxième borne L2 de sorte que la première source de courant S1 et, plus particulièrement le premier dispositif de régulation 41 , n’applique pas de régulation dans le canal 10. Dès lors, le premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 bascule dans un état activé lorsque le premier détecteur de surtension 21 détecte le niveau de surtension OvH et dans l’état désactivé lorsqu’aucune surtension n’est détectée par le premier détecteur de surtension 21 .
[0055] Le premier dispositif d’activation 51 comprend un premier détecteur de tension auxiliaire 61 configuré pour déterminer une valeur de tension entre la première borne L1 et la deuxième borne L2 du canal de génération L1 -L2. Plus précisément, le premier détecteur de tension auxiliaire 61 peut être configuré pour mesurer la tension entre la deuxième borne T12 du premier transistor T1 et la deuxième borne L2. Pour ce faire, une première résistance auxiliaire R1 ’ peut être positionnée entre la deuxième borne T12 du premier transistor T1 et la deuxième borne L2 de sorte à permettre au premier détecteur de tension auxiliaire 61 de mesurer la tension aux bornes de la première résistance auxiliaire R1 ’. Autrement dit, la première résistance auxiliaire R1 ’ permet de donner une image de la tension entre la deuxième borne T12 du premier transistor T1 et la deuxième borne L2. Le premier détecteur de tension auxiliaire 61 permet ainsi de générer une première condition C1 à la bascule du premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 entre l’état activé et l’état désactivé. Cette première condition C1 de bascule s’interprète comme la mesure d’une tension par le premier détecteur de tension auxiliaire 61 dont la valeur absolue est inférieure à une deuxième valeur de tension Vnom seuil prédéfinie. A titre d’exemple indicatif, la deuxième valeur de tension Vnom seuil peut être de 170 Volts pour une génération de 115 Vac.
[0056] La première source de courant S1 peut également comprendre une première résistance de régulation R1 ” configurée pour mesurer le potentiel électrique entre la première borne L1 et une borne C se trouvant entre la première source de courant S1 et la deuxième source de courant S2. Cette première résistance de régulation permet alors de générer une proportionnalité entre la tension mesurable entre la première borne L1 et cette borne C et le courant traversant la première source de courant S1.
[0057] Le premier dispositif d’activation 51 comprend également un premier détecteur de courant 71 disposé entre la troisième borne T13 du premier transistor T1 et la deuxième source de courant S2 et configuré pour déterminer une valeur de courant à la troisième borne T13 du premier transistor T1. Le premier détecteur de courant 71 permet ainsi d’avoir une mesure fiable du courant en sortie du premier transistor T1 . Le premier détecteur de courant 71 permet ainsi de générer une deuxième condition C2 à la bascule du premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 entre l’état activé et l’état désactivé. Cette deuxième condition C2 de bascule s’interprète comme la mesure d’un courant par le premier détecteur de courant 71 nul en sortie du premier transistor T1. Il peut être envisagé que le premier détecteur de courant 71 soit reliée à une première résistance de transistor Rligbt reliée à la troisième borne T13 du premier transistor T1. La première résistance de transistor Rligbt est une résistance de faible valeur permettant de donner une image du courant traversant la première source de courant S1 .
[0058] Ainsi, le premier dispositif d’activation 51 est configuré pour basculer de l’état activé à l’état désactivé lorsque la valeur de tension déterminée par le premier détecteur de tension auxiliaire 61 est inférieure à la deuxième valeur de tension Vnom prédéfinie et lorsque la valeur de courant déterminée par le premier détecteur de courant 71 est nulle. Autrement dit, le premier dispositif d’activation 51 ne peut basculer de l’état activé à l’état désactivé que lorsque la première condition C1 et la deuxième condition C2 sont respectés toutes les deux. Dès lors, lorsque la première condition C1 et la deuxième condition C2 sont respectées, alors le premier dispositif de régulation 41 est inactif traduisant ainsi un état de fonctionnement nominal dans le canal de génération électrique L1 -L2 et dans le canal 10 et une absence de surtension.
[0059] A l’inverse, l’unique condition permettant au premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 de basculer de l’état inactivé à l’état activé est la détection d’une valeur de tension par le premier détecteur de surtension 21 supérieure à la première valeur de tension Vhaut seuil et donc un niveau de surtension OvH. Dès lors, le premier dispositif de régulation 41 est actif traduisant ainsi un état de disfonctionnement dans le canal de génération électrique L1 -L2 et dans le canal 10 et la présence d’une surtension.
[0060] En effet, la présence d’une mesure de tension inférieure à la deuxième valeur de tension Vnom seuil permet ainsi de mettre en lumière le fait que la tension entre la première borne L1 et la deuxième borne L2 permet de ne pas dégrader les composants entre la première borne L1 et la deuxième borne L2. Et, la présence d’une annulation du courant entre à la sortie du premier transistor T1 traduit ainsi une inversion du sens du courant entre la première borne L1 et la deuxième borne L2.
[0061] Et, de manière similaire, la deuxième source de courant S2 comprend un deuxième transistor T2 relié à la deuxième borne L2. Le deuxième transistor T2 comprend :
- une première borne T21 reliée à la deuxième borne L2 du canal de génération L1 -L2,
- une deuxième borne T22 reliée également à la deuxième borne L2 du canal de génération L1 -L2,
- et une troisième borne T23 reliée à la première source de courant S1 .
[0062] Le deuxième transistor T2 est un transistor de puissance. Il peut également être envisagé que le deuxième transistor T2 soit un transistor bipolaire. Dès lors, la première borne T21 du transistor bipolaire est alors un collecteur, la deuxième borne T22 du transistor bipolaire est alors une base et la troisième borne T23 du transistor bipolaire est un émetteur.
[0063] Il peut également être envisagé que le deuxième transistor T2 soit un transistor de type MOS. Dès lors, la première borne T21 du transistor MOS est alors un drain, la deuxième borne T22 du transistor MOS est alors une grille et la troisième borne T23 du transistor MOS est une source.
[0064] La deuxième source de courant S2 comprend également une deuxième diode 32 disposé entre la première borne T21 du deuxième transistor T2 et la troisième borne T23 du deuxième transistor T2. Autrement dit, la deuxième diode 32 comprend une cathode 321 reliée à la première borne T21 du deuxième transistor T2 et une anode 322 reliée à la troisième borne T23 du deuxième transistor T2.
[0065] Ainsi, lorsque le sens du courant est de la deuxième borne L2 à la première borne L1 , alors le courant en provenance de la deuxième borne L2 traverse seulement le deuxième transistor T2 qui est passant puisque la deuxième diode 32 est bloquante. Plus précisément, lorsque le courant est dirigé de la première borne L1 à la deuxième borne L2, alors le courant traverse le premier transistor T1 qui est passant, alors que la première diode 31 est bloquante, puis la deuxième diode 32 qui est passante, alors que le deuxième transistor T2 est bloquant, avant d’arriver au niveau de la deuxième borne L2. A l’inverse, lorsque le courant est dirigé de la deuxième borne L2 à la première borne L1 , alors le courant traverse le deuxième transistor T2 qui est passant, alors que la deuxième diode 32 est bloquante, puis la première diode 31 qui est passante, alors que le premier transistor T1 est bloquant, avant d’arriver au niveau de la première borne L1 .
[0066] Ainsi, afin de pouvoir détecter l’éventuelle surtension dans le canal de génération L1 -L2 et dans le canal 10 lorsque le courant est dirigé de la deuxième borne L2 à la première borne L1 , le dispositif de protection 1 comprend un deuxième détecteur de surtension 22 configuré pour détecter un deuxième niveau de surtension OvH’ entre la deuxième borne L2 et la première borne L1 du canal de génération L1 -L2. Le deuxième niveau de surtension OvH’ est une valeur de tension entre la deuxième borne L2 et la première borne L1 du canal de génération L1 -L2 supérieure à une troisième valeur de tension V'haut seuil prédéfinie. A titre d’exemple indicatif, la troisième valeur de tension V'haut seuil peut être peut être de -200 Volts pour une génération de 115 Vac. En effet, la tension étant mesurée de la deuxième borne L2 à la première borne L1 , la tension est négative par rapport au canal de génération électrique L1 -L2.
[0067] Selon une configuration préférentielle, le premier détecteur de surtension 21 et le deuxième détecteur de surtension 22 sont compris dans un unique détecteur de surtension comprenant différents capteur de mesure de tension au niveau du premier transistor T1 et du deuxième transistor T2. Cette configuration présente l’avantage de permettre de limiter l’encombrement dans le dispositif de protection 1 .
[0068] En outre, il peut également être envisagé que la valeur absolue de la troisième valeur de tension V'haut seuil soit identique à la valeur absolue de la première valeur de tension Vhaut seuil de sorte que l’unique détecteur de surtension soit configuré pour mesurer la valeur absolue de la tension dans le canal de génération électrique L1 -L2, et ce qu’importe le sens du courant. Dès lors, la valeur absolue du niveau de surtension OvH est identique à la valeur absolue du deuxième niveau de surtension OvH’ de sorte que la tension est estimée comme acceptable lorsque la mesure de la valeur de la tension par l’unique détecteur de surtension ou par le premier détecteur de surtension 21 ou par le deuxième détecteur de surtension 22 est comprise entre la première valeur de tension Vhaut seuil et la troisième valeur de tension V'haut seuil.
[0069] Le deuxième détecteur de surtension 22 est disposé de sorte à mesurer la tension entre la deuxième borne L2 et la deuxième borne T22 du deuxième transistor T2. Il peut également être envisagé que le deuxième détecteur de surtension 22 soit disposé de sorte à mesurer la tension entre la deuxième borne L2 et la première borne T21 du deuxième transistor T2.
[0070] En outre, la deuxième source de courant S2 comprend une deuxième résistance R2 de sorte à permettre de connaître le potentiel électrique entre la première borne L1 et la deuxième borne L2 dans le canal de génération électrique L1 -L2. Il peut être envisagé, dans une configuration préférentielle, que le deuxième détecteur de surtension 22 soit relié à la deuxième résistance R2 afin de faciliter la mesure de la tension dans le canal 10. [0071] Il peut également être envisagé, comme cité précédemment, que l’unique détecteur de surtension soit relié à la première résistance R1 et à la deuxième résistance R2.
[0072] La deuxième source de courant S2 comprend également un deuxième dispositif de régulation 42 du courant relié au deuxième détecteur de surtension 22 et configuré pour limiter le courant traversant le deuxième transistor T2 à une valeur de courant prédéfinie, avec une valeur maximale de 20 ampères par exemple. Selon une configuration préférentielle, le deuxième dispositif de régulation 42 est disposé entre la deuxième résistance R2 et la deuxième borne T22 du deuxième transistor T2. Néanmoins toute autre disposition peut être envisagée tant que le deuxième dispositif de régulation 42 du courant est relié au deuxième détecteur de surtension 22.
[0073] En variante, le premier dispositif de régulation 41 et le deuxième dispositif de régulation 42 peuvent être compris dans un unique dispositif de régulation permettant de limiter l’encombrement dans le dispositif de protection 1 .
[0074] De plus, la deuxième source de courant S2 comprend un deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 relié au deuxième détecteur de surtension 22 configuré pour basculer d’un état désactivé, dans lequel le deuxième dispositif de régulation 42 est inactif, à un état activé, dans lequel le deuxième dispositif de régulation 42 est actif, lorsque le deuxième détecteur de surtension 22 détecte le deuxième niveau de surtension OvH’. Autrement dit, le deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 est un dispositif d’état configuré pour basculer entre deux états : un état activé et un état désactivé.
[0075] Lorsque le deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 est dans l’état activé, alors le deuxième dispositif d’activation 52 permet au deuxième dispositif de régulation 42 de réguler le courant traversant la deuxième source de courant S2 et le canal 10 de la deuxième borne L2 à la première borne L1 . Et, lorsque le deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 est dans l’état désactivé, alors le deuxième dispositif d’activation 52 bloque le deuxième dispositif de régulation 42 dans sa régulation du courant dans le canal 10 de la deuxième borne L2 à la première borne L1 de sorte que la deuxième source de courant S2 et, plus particulièrement le deuxième dispositif de régulation 42, n’applique pas de régulation dans le canal 10. Dès lors, le deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 bascule dans un état activé lorsque le deuxième détecteur de surtension 22 détecte le deuxième niveau de surtension OvH’ et dans l’état désactivé lorsqu’aucune surtension n’est détectée par le deuxième détecteur de surtension 22.
[0076] Le deuxième dispositif d’activation 52 comprend un deuxième détecteur de tension auxiliaire 62 configuré pour déterminer une valeur de tension entre la deuxième borne L2 et la première borne L1 du canal de génération L1 -L2. Plus précisément, le deuxième détecteur de tension auxiliaire 62 peut être configuré pour mesurer la tension entre la deuxième borne T22 du deuxième transistor T2 et la première borne L1 . Pour ce faire, une deuxième résistance auxiliaire R2’ peut être positionnée entre la deuxième borne T22 du deuxième transistor T2 et la première borne L1 de sorte à permettre au deuxième détecteur de tension auxiliaire 62 de mesurer la tension aux bornes de la deuxième résistance auxiliaire R2’. Autrement dit, la deuxième résistance auxiliaire R2’ permet de donner une image de la tension entre la deuxième borne T22 du deuxième transistor T2 et la première borne L1 . Le deuxième détecteur de tension auxiliaire 62 permet ainsi de générer également la première condition C1 à la bascule du deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 entre l’état activé et l’état désactivé. Et, de manière similaire, la première condition C1 de bascule s’interprète comme la mesure d’une tension par le deuxième détecteur de tension auxiliaire 62 dont la valeur absolue est inférieure à la deuxième valeur de tension Vnom seuil prédéfinie.
[0077] La deuxième source de courant S2 peut également comprendre une deuxième résistance de régulation R2” configurée pour mesurer le potentiel électrique entre la deuxième borne L2 et la borne C se trouvant entre la première source de courant S1 et la deuxième source de courant S2. Cette deuxième résistance de régulation R2” permet alors de générer une proportionnalité entre la tension mesurable entre la deuxième borne L2 et cette borne C et le courant traversant la deuxième source de courant S1 .
[0078] Le deuxième dispositif d’activation 52 comprend également un deuxième détecteur de courant 72 disposé entre la troisième borne T23 du deuxième transistor T2 et la première source de courant S1 et configuré pour déterminer une valeur de courant à la troisième borne T23 du deuxième transistor T2. Le deuxième détecteur de courant 72 permet ainsi d’avoir une mesure fiable du courant en sortie du deuxième transistor T2. Il peut être envisagé que le deuxième détecteur de courant 72 soit reliée à une deuxième résistance de transistor R2igbt reliée à la troisième borne T23 du deuxième transistor T2. La deuxième résistance de transistor R2igbt est une résistance de faible valeur permettant de donner une image du courant traversant la deuxième source de courant S2. Le deuxième détecteur de courant 72 permet ainsi de générer la deuxième condition C2 à la bascule du deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 entre l’état activé et l’état désactivé. De manière similaire, la deuxième condition C2 de bascule s’interprète comme la mesure d’un courant par le deuxième détecteur de courant 72 nulle en sortie du deuxième transistor T2. Dès lors, la deuxième condition C2 est active lorsqu’une mesure de courant égale à zéro est observée entre le premier transistor T1 et le deuxième transistor T2, traduisant une inversion du sens du courant entre le premier transistor T1 et le deuxième transistor T2.
[0079] Ainsi, le deuxième dispositif d’activation 52 est configuré pour basculer de l’état activé à l’état désactivé lorsque la valeur absolue de la tension déterminée par le deuxième détecteur de tension auxiliaire 62 est inférieure à la deuxième valeur de tension Vnom et lorsque la valeur de courant déterminée par le deuxième détecteur de courant 72 est nulle. Autrement dit, le deuxième dispositif d’activation 52 ne peut basculer de l’état activé à l’état désactivé que lorsque la première condition C1 et la deuxième condition C2 sont respectés toutes les deux, les validations de ces deux conditions, à savoir la première condition C1 et la deuxième condition C2, étant respectivement transmises par le deuxième détecteur de tension auxiliaire 62 et par le deuxième détecteur de courant 72. A l’inverse, le premier dispositif d’activation 51 bascule de l’état activé à l’état inactivé seulement lorsque la première condition C1 et la deuxième condition C2 sont respectés ensembles, les validations de ces deux conditions, à savoir la première condition C1 et la deuxième condition C2, étant respectivement transmises par le premier détecteur de tension auxiliaire 61 et par le deuxième détecteur de courant 71 .
[0080] Dès lors, lorsque la première condition C1 et la deuxième condition C2 sont respectées, alors le deuxième dispositif de régulation 42 est inactif traduisant ainsi un état de fonctionnement nominal dans le canal de génération électrique L1 -L2 et dans le canal 10 et une absence de surtension.
[0081 ] A l’inverse, l’unique condition permettant au deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 de basculer de l’état inactivé à l’état activé est la détection d’une valeur absolue de tension par le deuxième détecteur de surtension 22 supérieure à la première valeur de tension Vhaut seuil et donc un niveau de surtension OvH. Autrement dit, le deuxième dispositif de régulation 42 peut basculer de l’état inactivé à l’état activé seulement si la valeur de tension mesurée par le deuxième détecteur de surtension 22 est inférieure à la troisième valeur de tension V'haut seuil, dans le cas où || V'haut || = ||VhaMt||.
[0082] Dès lors, le deuxième dispositif de régulation 42 est actif traduisant ainsi un état de disfonctionnement dans le canal de génération électrique L1 -L2 et dans le canal 10 et la présence d’une surtension.
[0083] En outre, le dispositif de protection 1 peut également comprendre un dispositif d’ouverture 8 du dispositif de protection 1. Ce dispositif d’ouverture 8 assure une fonction de protection du canal de génération L1 -L2 par rapport à une éventuelle surtension générer par le dispositif de protection 1 suite à un disfonctionnement de la première source de courant S1 ou de la deuxième source de courant S2. Le dispositif d’ouverture 8 est ainsi configuré pour ouvrir le canal 10 de sorte à ne plus permettre une transmission du courant dans le canal 10.
[0084] A titre d’exemple indicatif, le dispositif d’ouverture 8 peut être un interrupteur commandé, un disjoncteur ou encore, selon un aspect préférentiel, un fusible.
[0085] Le dispositif d’ouverture 8 peut être positionné aléatoirement dans le canal 10, c’est-à-dire entre la première borne L1 et la première source S1 , ou entre la première source S1 et la deuxième source S2 ou encore entre la deuxième source S2 et la deuxième borne L2.
[0086] La figure 3 représente ainsi une vue structurelle du dispositif de protection 1 . Ainsi, il peut être envisagé le premier détecteur de surtension 21 , le premier détecteur de tension auxiliaire 61 , le premier détecteur de courant 71 et que le premier dispositif de régulation du courant 41 soient des amplificateurs opérationnels. Et, de manière identique, le deuxième détecteur de surtension 22, le deuxième détecteur de tension auxiliaire 62, le deuxième détecteur de courant 72 et le deuxième dispositif de régulation du courant 42 peuvent également être des amplificateurs opérationnels. En variante, un ensemble de transistors peut être envisagé.
[0087] Ainsi, l’ensemble dispositif d’ouverture 8, première source de courant S1 et deuxième source de courant S2, formant le canal 10 notamment, forment ainsi une première unité de protection 1 ’. Dès lors, il peut être envisagé que le dispositif de protection 1 comprenne pluralité d’unités de protection, comme représenté en figure 4 avec une deuxième unité de protection additionnelle 1 ” et une nième unité de protection additionnelle ln.
[0088] Chaque unité de protection additionnelle comprend ainsi une structure équivalente à la première unité de protection 1 ’, c’est-à-dire que chaque unité de protection additionnelle comprend une première source de courant additionnelle S3 identique à la première source de courant S1 , une deuxième source de courant additionnelle S4 identique à la deuxième source de courant S2 et un dispositif d’ouverture additionnel 8’. Et, comme dans la première unité de protection 1 ’, la première source de courant additionnelle S3 est dans un sens opposé à la deuxième source de courant additionnelle S4.
[0089] Chaque unité de protection additionnelle 1 ” à ln est disposée en dérivation de la première unité de protection 1 ’ et du canal de génération électrique L1 -L2 de sorte à réguler le courant efficacement et limiter toute surtension détectée.
[0090] En effet, la surtension générée entre la première borne L1 et la deuxième borne L2 présente une énergie définie. L’utilisation de plusieurs unités de protection, comprenant la première unité de protection 1 ’ comme présentée en figures 1 à 3, et une ou plusieurs unités de protection additionnelles 1 ” à ln, présente l’avantage de répartir l’absorption de l’énergie générée par cette surtension sur plusieurs canaux sans ajouter de composant dédier à cette absorption. Ainsi, à titre d’exemple indicatif, pour une surtension générant une énergie équivalente à une valeur de cent watts, il est possible d’envisager l’utilisation d’une seule unité de protection 1 ’. Et, pour une surtension générant, par exemple, une énergie équivalente à une valeur d’environ deux cents watts, il peut alors être envisagé d’ajouter une unité de protection additionnelle 1 ”. Le dispositif de protection 1 comprend alors deux unités de protection 1 ’ et 1 ” mises en parallèle l’une de l’autre et également en parallèle du canal de génération électrique L1 -L2.
[0091] En outre, l’utilisation de plusieurs unités de protection additionnelles présente également l’avantage de permettre au dispositif de protection 1 de fonctionner même si l’une des unités de protection additionnelles ne fonctionne pas correctement et qu’il est nécessaire d’ouvrir le canal de l’unité de protection additionnelle défectueuse par le biais du dispositif d’ouverture additionnel 8’ de l’unité de protection additionnelle défectueuse.
[0092] En outre, dans le cas d’un fonctionnement d’une machine électrique en plusieurs phases, comme représenté en figure 5, il peut être envisagé que chaque phase comprenne un ensemble d’une ou plusieurs unités de protection afin de protéger chaque phase de la machine électrique contre une éventuelle surtension. Ainsi, une première phase N1 formée entre la première borne L1 et la deuxième borne L2 peut comprendre un premier ensemble de protection P1 formé par la première unité de protection 1 ’ et éventuellement d’une ou plusieurs unités de protection additionnelles 1 ” à ln. Et, pour une deuxième phase N2 de la machine électrique formée entre la deuxième borne L2 et une troisième borne L3, il peut également être envisagé d’incorporer un deuxième ensemble de protection P2 formé par une deuxième unité de protection principale 2’ et éventuellement d’une ou plusieurs unités de protection additionnelles 2” à 2n. Et, de manière similaire, chaque phase Nx formée entre deux bornes peut comprendre un ensemble de protection Px identique.
[0093] La figure 6 représente un chronogramme de l’évolution dans le temps d’une surtension détectée par le dispositif de protection 1 .
[0094] La première ligne de ce chronogramme représente la tension mesurée par le premier détecteur de surtension 21 ou par le deuxième détecteur de surtension 22, en fonction du sens du courant, ainsi que par le premier détecteur de tension auxiliaire 61 ou par le deuxième détecteur de tension auxiliaire 62, en fonction du sens du courant, dans le canal de génération électrique L1 -L2 entre la première charge L1 et la deuxième charge L2. Sur cette première ligne du chronogramme est également représentée la première valeur de tension Vhaut seuil permettant de détecter un niveau de surtension OvH et la deuxième valeur de tension Vnom seuil permettant de détecter une valeur de tension nominal et la fin de la surtension mesurée.
[0095] Ainsi, comme représenté sur la première ligne du chronogramme, une surtension est détectée avec une mesure de tension, par le premier détecteur de surtension 21 ou par le deuxième détecteur de surtension 22, en fonction du sens du courant, supérieure à la première valeur de tension Vhaut seuil.
[0096] La deuxième ligne du chronogramme de la figure 6 est une représentation binaire de l’annulation du courant mesuré par le premier détecteur de courant 71 ou par le deuxième détecteur de courant 72 dans le dispositif de protection 1 , et plus particulièrement dans le canal 10. Plus précisément, ce signal est un représentation en créneau dont chaque front représente une annulation du courant dans le canal 10 permettant ainsi d’être en accord avec la deuxième condition C2 afin de permettre la bascule du premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 ou du deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 entre l’état activé et l’état désactivé. Dès lors, la deuxième condition C2 est respectée à chaque front du créneau.
[0097] La troisième ligne du chronogramme est également une représentation binaire de la détection de la part du premier détecteur de tension auxiliaire 61 ou du deuxième détecteur de tension auxiliaire 62, en fonction du sens du courant, d’une tension inférieure à la deuxième valeur de tension Vnom seuil. Plus précisément, le signal binaire est dans une position haute lorsque la tension mesurée par le premier détecteur de tension auxiliaire 61 ou le deuxième détecteur de tension auxiliaire 62 est inférieure à la deuxième valeur de tension Vnom seuil et dans une position basse lorsque la tension mesurée est supérieure à la deuxième valeur de tension Vnom seuil. Autrement dit, la troisième ligne de ce chronogramme est une représentation binaire du respect de la première condition C1 permettant la bascule du premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 ou du deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 entre l’état activé et l’état désactivé. Dès lors, la première condition C1 est respectée lorsque le signal est dans sa position haute.
[0098] Ainsi, la deuxième ligne et la troisième ligne du chronogramme de la figure 6 sont des représentations graphiques des conditions cumulatives, à savoir la première condition C1 et la deuxième condition C2 permettant la bascule du premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 ou du deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 entre l’état activé et l’état désactivé. Dès lors, la deuxième condition C2 est respectée à chaque front du créneau. Dès lors, cette bascule entre l’état activé et l’état désactivé s’effectue lorsque simultanément, un front est détecté dans le signal créneau de la deuxième ligne et que le signal de la troisième ligne est dans sa position haute.
[0099] La quatrième ligne du chronogramme de la figure 6 représente la détection d’un niveau de surtension OvH par le premier détecteur de surtension 21 ou par le deuxième détecteur de surtension 22, en fonction du sens du courant dans le canal de génération électrique L1 -L2. Cette détection se fait par le biais d’une représentation binaire dans laquelle une position haute représente une surtension détectée et une position basse représente l’absence d’une détection de surtension. Dès lors, la bascule de l’état inactivé à l’état activé du premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 ou du deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 se fait lorsque ce niveau de surtension est détecté, c’est-à-dire lorsque le signal bascule en position haute.
[0100] La cinquième ligne du chronogramme de la figure 6 représente alors la durée pendant laquelle le premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 ou le deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 est dans l’état activé ou dans l’état désactivé. Plus précisément, cette représentation binaire permet d’indiquer que lorsque le signal est dans une position haute, alors le premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 ou le deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 est dans l’état activé à la suite d’une détection d’une surtension alors que lorsque le signal est dans une position basse, alors premier dispositif d’activation 51 du premier dispositif de régulation 41 ou le deuxième dispositif d’activation 52 du deuxième dispositif de régulation 42 est dans l’état désactivé suite à la détection simultanée de la première condition C1 et de la deuxième condition C2.
[0101] Enfin, la cinquième ligne du chronogramme de la figure 6 représente la valeur de la tension entre la première borne L1 et la deuxième borne L2 suite à une surtension, mettant en évidence la limitation de la surtension détectée sur un temps réduit par le biais du dispositif de protection 1 . [0102] Les figures 7A et 7B présentent ainsi des formes d’ondes associées à la tension mesurée dans le canal de génération électrique L1 -L2 traversé par un courant alternatif. Plus précisément, la figure 7A présente une situation dans laquelle le canal de génération électrique L1 -L2 fonctionne sans apport du dispositif de protection alors que la figure 7B représente une situation dans laquelle le canal de génération électrique L1 -L2 est suppléé, en cas de surtension, par le dispositif de protection 1 .
[0103] Dès lors, le dispositif de protection 1 permet de limiter tout pic de surtension détecté au-delà des seuils Vhaut et V'hautde sorte à ne pas impacter les composants électriques présents dans le canal de génération électrique L1 -L2.
[0104] Le dispositif de protection 1 proposé a donc pour objectif, par un moyen unique, de s’affranchir des surtensions rapides et lentes sans distorsion et sans réduire la puissance disponible du réseau électrique. La modularité de ce moyen permet de rendre cette fonction de protection disponible et adaptable aux énergies plus ou moins importances à absorber.
[0105] Ce dispositif de protection 1 se caractérise par :
- sa rapidité, inférieure à la micro seconde, pour les surtensions impulsives nommées « rapides »,
- sa distorsion faible, inférieure à 2%, pour les surtensions nommées « lentes >> c’est-à-dire à la fréquence de la génération électrique, c’est-à-dire pour des plages de fréquence d’environ 50/60Hz, 400/800 Hz par exemple,
- sa capacité à écrêter les surtensions positives et négatives de façon indépendante,
- sans impact sur la puissance disponible du canal de génération, c’est-à-dire avec une déconnexion de la protection lorsque la surtension est dans le gabarit souhaité,
- sans générer lui-même de surtension lors de sa déconnexion,
- une protection unique qui protège aussi bien des surtensions rapides que des surtensions lentes,
- une redondance permettant d’assurer la disponibilité de la fonction de protection, - une modularité permettant d’adapter le dispositif de protection 1 à l’énergie à absorber en fonction de la surtension et du temps plus ou moins important dans le canal de génération,
- la présence d’un dispositif de sécurité, c’est-à-dire d’un élément qui s’ouvre si la fonction de protection est en court-circuit,
- sa capacité à réaliser une régulation automatique pour garantir la disponibilité de la fonction de protection.

Claims

REVENDICATIONS
1. Générateur d’énergie (100) électrique configuré pour générer une énergie électrique à une charge (CH) par le biais d’un canal de génération d’un courant alternatif (L1 -L2), le générateur d’énergie (100) électrique comprenant un dispositif de protection (1 ) de surtension rapide et de surtension lente disposé en parallèle du canal de génération d’un courant alternatif (L1 -L2), le dispositif de protection (1 ) comprenant :
- Une première source de courant (S1) comprenant une entrée (S11 ) et une sortie (S12), l’entrée (S11 ) de la première source de courant (S1 ) étant reliée à une première borne (L1 ) du canal de génération,
- Une deuxième source de courant (S2) comprenant une entrée (S21 ) et une sortie (S22), l’entrée (S21 ) de la deuxième source de courant (S2) étant reliée à une deuxième borne (L2) du canal de génération, la sortie (S22) de la deuxième source de courant (S2) étant reliée à la sortie (S12) de la première source de courant (S1 ).
2. Dispositif de protection (1 ) de surtension selon la revendication 1 , dans lequel la première source de courant (S1) et/ou la deuxième source de courant (S2) sont configurées pour générer un courant proportionnel à une tension mesurable à la première source de courant (S1) ou à la deuxième source de courant (S2).
3. Générateur d’énergie (100) électrique selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le dispositif de protection (1 ) de surtension comprend un détecteur de surtension (21 -22) configuré pour détecter un niveau de surtension entre la première borne (L1 ) et la deuxième borne (L2) du canal de génération (L1 -L2), le niveau de surtension étant une valeur de tension entre la première borne (L1 ) et la deuxième borne (L2) du canal de génération (L1 -L2) supérieure à une première valeur de tension seuil prédéfinie.
4. Générateur d’énergie (100) électrique selon la revendication 3, dans lequel la première source de courant (S1) comprend :
- un premier transistor (T 1 ), le premier transistor (T 1 ) comprenant : o une première borne (T11 ) reliée à la première borne (L1 ) du canal de génération (L1 -L2), o une deuxième borne (T12) reliée à la première borne (L1 ) du canal de génération (L1 -L2), o une troisième borne (T13) reliée à la deuxième source de courant (S2),
- une première diode (31 ) comprenant une cathode (311 ) reliée à la première borne (T11 ) du premier transistor (T1 ) et une anode (312) reliée à la troisième borne (T 13) du premier transistor (T1 ),
- une première résistance (R1) disposée entre la première borne (L1 ) du canal de génération (L1 -L2) et la deuxième borne (T12) du premier transistor (T1 ) et reliée au détecteur de surtension (21 -22),
- un premier dispositif de régulation (41 ) du courant relié au détecteur de surtension (21 -22), disposé entre la première résistance (R1 ) et la deuxième borne (T12) du premier transistor (T1 ) et configuré pour limiter le courant traversant le premier transistor (T1 ) à une valeur de courant prédéfinie.
5. Générateur d’énergie (100) électrique selon la revendication 4, dans lequel la première source de courant (S1) comprend un premier dispositif d’activation (51 ) du premier dispositif de régulation (41 ) relié au détecteur de surtension (21 -22) configuré pour basculer d’un état désactivé, dans lequel le premier dispositif de régulation (41 ) est inactif, à un état activé, dans lequel le premier dispositif de régulation (41 ) est actif, lorsque le détecteur de surtension (21 - 22) détecte le niveau de surtension, le premier dispositif d’activation (51 ) comprenant :
- Un premier détecteur de tension auxiliaire (61 ) configuré pour déterminer une valeur de tension entre la première borne (L1 ) et la deuxième borne (L2) du canal de génération (L1 -L2),
- Un premier détecteur de courant (71 ) disposé entre la troisième borne (T13) du premier transistor (T1 ) et la deuxième source de courant (S2) configuré pour déterminer une valeur de courant à la troisième borne (T13) du premier transistor (T 1 ), le premier dispositif d’activation (51 ) étant configuré pour basculer de l’état activé à l’état désactivé lorsque la valeur de tension déterminée par le premier détecteur de tension auxiliaire (61 ) est inférieure à une deuxième valeur de tension prédéfinie et lorsque la valeur de courant déterminer par le premier détecteur de courant (71 ) est nulle.
6. Générateur d’énergie (100) électrique selon la revendication 3, dans lequel la deuxième source de courant (S2) comprend :
- un deuxième transistor (T2), le deuxième transistor (T2) comprenant : o une première borne (T21 ) reliée à la deuxième borne (L2) du canal de génération (L1 -L2), o une deuxième borne (T22) reliée à la deuxième borne (L2) du canal de génération (L1 -L2), o une troisième borne (T23) reliée à la première source de courant (S1),
- une deuxième diode (32) comprenant une cathode (321 ) reliée à la première borne (T21 ) du deuxième transistor (T2) et une anode (322) reliée à la troisième borne (T23) du deuxième transistor (T2),
- une deuxième résistance (R2) disposée entre la deuxième borne (L2) du canal de génération (L1 -L2) et la deuxième borne (T22) du deuxième transistor (T2) et reliée au détecteur de surtension (21 -22),
- un deuxième dispositif de régulation (42) du courant relié au détecteur de surtension (2), disposé entre la deuxième résistance (R2) et la deuxième borne (T22) du deuxième transistor (T2) et configuré pour limiter le courant traversant le deuxième transistor (T2) à une valeur de courant prédéfinie.
7. Générateur d’énergie (100) électrique selon la revendication 6, dans lequel la deuxième source de courant (S2) comprend un deuxième dispositif d’activation (52) du deuxième dispositif de régulation (42) relié au détecteur de surtension (21 -22) configuré pour basculer d’un état désactivé, dans lequel le deuxième dispositif de régulation (42) est inactif, à un état activé, dans lequel le deuxième dispositif de régulation (42) est actif, lorsque le détecteur de surtension (21 -22) détecte le niveau de surtension, le deuxième dispositif d’activation (52) comprenant :
- Un deuxième détecteur de tension auxiliaire (62) configuré pour déterminer une valeur de tension entre la première borne (L1 ) et la deuxième borne (L2) du canal de génération (L1 -L2),
- Un deuxième détecteur de courant (72) disposé entre la troisième borne (T32) du deuxième transistor (T2) et la première source de courant (S1 ) configuré pour déterminer une valeur de courant à la troisième borne (T32) du deuxième transistor (T2), le deuxième dispositif d’activation (52) étant configuré pour basculer de l’état activé à l’état désactivé lorsque la valeur de tension déterminée par le deuxième détecteur de tension auxiliaire (62) est inférieure à une troisième valeur de tension prédéfinie et lorsque la valeur de courant déterminer par le deuxième détecteur de courant (72) est nulle.
8. Générateur d’énergie (100) électrique selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel le premier transistor (T1 ) est un transistor bipolaire.
9. Générateur d’énergie (100) électrique selon l’une des revendications 6 ou 7, dans lequel le deuxième transistor (T2) est un transistor bipolaire.
10. Générateur d’énergie (100) électrique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de protection (1 ) comprend un dispositif d’ouverture (8) du dispositif de protection.
11 .Générateur d’énergie (100) électrique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de protection (1 ) comprend une première unité de protection, la première unité de protection comprenant la première source de courant (S1) et la deuxième source de courant (S2), le dispositif de protection (1 ) comprenant au moins une unité de protection additionnelle comprenant une première source de courant additionnelle (S3) identique à la première source de courant (S1 ) et une deuxième source de courant additionnelle (S4) identique à la deuxième source de courant (S2), l’au moins une unité de protection additionnelle étant disposée en dérivation de la première unité de protection.
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