FR2688358A1 - Convertisseur alternatif-continu pour alternateur a phases independantes. - Google Patents
Convertisseur alternatif-continu pour alternateur a phases independantes. Download PDFInfo
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Abstract
Convertisseur alternatif-continu pour alternateur à phases d'induit indépendantes caractérisé en ce que les valeurs absolues des tensions des bobinages de phase sont additionnées par l'association de multiples modules redresseurs de phase et que la régulation estdu type BOOST à élévation de tension. L'invention s'applique notamment aux convertisseurs pour générateurs électriques dotés, ou non, d'un dispositif de stockage de l'énergie électrique produite.
Description
La présente invention concerne les convertisseurs de courant alternatif en courant continu pour alternateurs à phases d'induit indépendantes.
L'homme de l'art connaît de nombreux montages assurant la conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique, celle-ci le plus souvent sous forme alternative. Cependant, les convertisseurs alimentant une tension continue prennent une importance croissante, par exemple dans les alternateurs de véhicule classique ou dans les véhicules électriques dits "hybrides" embarquant un groupe électrogène. @uelques pros pectives actuelles prévoient par ailleurs une extension des génerateurs électriques domestiques qui permettra de diminuer les pertes et les nuisances dues au transport à grande distance de l'énergie électrique. Dans tous ces cas, il est primordial que la conversion d'énergie se fasse avec le meilleur rendement possible pour un poids minimal afin de diminuer la consommation de carburant et -les problèmes de dissipation de la chaleur produite par les pertes. Les procédés adéquats sont multiples: augmentation de la vitesse relative entre in- duit et inducteur (limitée par la force centrifuge), augmentation de l'induction dans l'entrefer (limitée par la saturation du circuit magnétique), amélioration du profil du champ inducteur (profils quasi-rectangulaires), augmentation du nombre de phases (bande passante supérieure), etc .. .
Pour- exploiter au mieux ces améliorations 1 'alternateur doit être couplé à un montage électronique approprié permettant avec un minimum de composants de réguler le transfert d'énergie avec un très bon rendement tout en évitant les saturations ou démagnétisations liées à la réaction d'induit.
C'est pourquoi l'invention a- pour objet un convertis- seur pour alternateur fournissant de i l'énergie à une tension continue avec un rendement excellent, utilisant peu de compo- sants et permettant-un contrôle précis du courant d'induit.
Ce problème est résolu en utilisant un unique circuit électronique pour contrôler simultanément le courant dans plusieurs phases indépendantes de l'induit, ces phases étant mises en série pour bénéficier à tout moment de toute 1 la ten- sion disponible à leurs bornes. a fiabilité de l'ensemble est renforcée par le faible nombre de composants utilisés.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaîtront avec la description qui va suivre de certains de
ses modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limi
tatifs, en référence aux dessins ci-annexés sur lesquels:
- La figure 1 rappelle le principe du convertisseur dit
"BOOST" utilisé dans l'invention.
apparaîtront avec la description qui va suivre de certains de
ses modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limi
tatifs, en référence aux dessins ci-annexés sur lesquels:
- La figure 1 rappelle le principe du convertisseur dit
"BOOST" utilisé dans l'invention.
- La figure 2 représente un module de phase de base,
comprenant au minimum un bobinage de phase et quatre diodes.
comprenant au minimum un bobinage de phase et quatre diodes.
- La figure 3 montre la façon de juxtaposer les mo@ules
précédents, pour mettre par exemple cinq phases en série.
précédents, pour mettre par exemple cinq phases en série.
- La figure 4 donne un exemple concret de convertisseur
à contrôle du courant avec circuit d'aide à la commutation.
à contrôle du courant avec circuit d'aide à la commutation.
Deux mesures se complètent dans l'invention pour élever
le rendement global du convertisseur qui est fonction princi
palement des p@rtes dans les bobinages d'induit et des pertes
dans l'électronique de puissance.
le rendement global du convertisseur qui est fonction princi
palement des p@rtes dans les bobinages d'induit et des pertes
dans l'électronique de puissance.
Ainsi, la première mesure évite que le courant de
l'induit soit discontinu, comme certains principes de conver
sion l'impliquent. L'invention utilise un principe de conver
tisseur dit "BOOST", caractérisé en ce que le courant demandé
à la source d'énergie est continu, alors que le courant dans
la charge est haché. Dans sa structure la plus simple, dé
taillée en figure 1, ce convertisseur est élévateur de ten
sion. Lorsque l'interrupteur 13 est fermé, la tension aux
bornes de l'inductance 11 est celle fournie par le module ge
nérateur 20 et le courant dans l'inductance peut croître.
l'induit soit discontinu, comme certains principes de conver
sion l'impliquent. L'invention utilise un principe de conver
tisseur dit "BOOST", caractérisé en ce que le courant demandé
à la source d'énergie est continu, alors que le courant dans
la charge est haché. Dans sa structure la plus simple, dé
taillée en figure 1, ce convertisseur est élévateur de ten
sion. Lorsque l'interrupteur 13 est fermé, la tension aux
bornes de l'inductance 11 est celle fournie par le module ge
nérateur 20 et le courant dans l'inductance peut croître.
Lorsque l'interrupteur 13 est ouvert, ce courant est récupéré dans la charge, aux bornes C et D, par la diode 15 (il est
bien sûr possible de disposer cette diode dans la branche de
retour). Le condensateur 14 assure un filtrage local, à moins que la charge soit suffisamment capacitive. La valeur de
l'inductamce 11 sera si possible grande devant les induc
tances propres des bobinages de phase d'induit.
bien sûr possible de disposer cette diode dans la branche de
retour). Le condensateur 14 assure un filtrage local, à moins que la charge soit suffisamment capacitive. La valeur de
l'inductamce 11 sera si possible grande devant les induc
tances propres des bobinages de phase d'induit.
La deuxième mesure vise à profiter de toute la tension disponible aux bornes de chaque bobinage de l'induit. Pour
cela, il est peu@avantageux de mettre simplement en série les
bobinages de phase car on obtient alors une somme vectorielle
des tensions de chaque phase et non le cumul de leurs valeurs
absolues. Aussi l'invention propose ce qui sera appelé dans
la suite un module redresseur de phases, associant à chaque
bobine de phase indépendante de rang N un réseau de quatre
diodes (N étant un entier naturel compris entre 1 et P, P
étant le nombre total de phases redressées mises en série).
cela, il est peu@avantageux de mettre simplement en série les
bobinages de phase car on obtient alors une somme vectorielle
des tensions de chaque phase et non le cumul de leurs valeurs
absolues. Aussi l'invention propose ce qui sera appelé dans
la suite un module redresseur de phases, associant à chaque
bobine de phase indépendante de rang N un réseau de quatre
diodes (N étant un entier naturel compris entre 1 et P, P
étant le nombre total de phases redressées mises en série).
Une configuration spécifique a été préférée à celle du pont
de GRAETZ classique pour diminuer le nombre de seuils de
diodes en série.
de GRAETZ classique pour diminuer le nombre de seuils de
diodes en série.
La figure 2 présente les six pôles de connexion d'un
module redresseur de rang N. On distinguera les pôles dits d'entrée E(N-1) et F(N-1), les pôles centraux E(N) et F(N), connectés aux extrémités du bobinage de phase PN de rang N,
et les pôles de sortie E(N+1) et F(N+1). Les quatre diodes
relient respectivement E(N-1) à E(N), F(N-1) à F(N), E(N) à
F(N+1) et F(N) à E(N+1), et elles sont orientées de telle fa
con que leur courant direct ne puisse circuler que des pôles
d'entrée vers les pôles centraux et des pôles centraux vers les pôles de sortie. Ces modules redresseurs sont ensuite juxtaposés pour former le module générateur 20, en reliant
systématiquement leur pôles homonymes. Les pôles d'entrée du
module redresseur de rang 1 sont reliés ensemble et consti
tuent le pôle négatif B du module 20, alors que les pôles de
sortie du dernier module (de rang P) sont reliés ensemble
pour en constituer le pôle positif A.
module redresseur de rang N. On distinguera les pôles dits d'entrée E(N-1) et F(N-1), les pôles centraux E(N) et F(N), connectés aux extrémités du bobinage de phase PN de rang N,
et les pôles de sortie E(N+1) et F(N+1). Les quatre diodes
relient respectivement E(N-1) à E(N), F(N-1) à F(N), E(N) à
F(N+1) et F(N) à E(N+1), et elles sont orientées de telle fa
con que leur courant direct ne puisse circuler que des pôles
d'entrée vers les pôles centraux et des pôles centraux vers les pôles de sortie. Ces modules redresseurs sont ensuite juxtaposés pour former le module générateur 20, en reliant
systématiquement leur pôles homonymes. Les pôles d'entrée du
module redresseur de rang 1 sont reliés ensemble et consti
tuent le pôle négatif B du module 20, alors que les pôles de
sortie du dernier module (de rang P) sont reliés ensemble
pour en constituer le pôle positif A.
La figure 3 donne l'exemple de connexion de ces modules
dans une configuration à 5 phases. La tension de claquage in
verse des diodes d'extrémité, reliées aux points A et B, de
vra excéder la tension maximale induite dans chaque bobinage.
dans une configuration à 5 phases. La tension de claquage in
verse des diodes d'extrémité, reliées aux points A et B, de
vra excéder la tension maximale induite dans chaque bobinage.
Par contre, les diodes intermédiaires devront pouvoir suppor
ter une tension deux fois supérieure environ. En effet, dans
certaines configurations de tension entre deux bobinages
consécutifs, ces diodes peuvent se retrouver en parallèle sur
deux bobinages de phase dont les tensions se renforcent.
ter une tension deux fois supérieure environ. En effet, dans
certaines configurations de tension entre deux bobinages
consécutifs, ces diodes peuvent se retrouver en parallèle sur
deux bobinages de phase dont les tensions se renforcent.
Comme l'homme de l'art le connaît, une fraction impor
tante de la tension générée par chaque bobinage de phase peut
être causés par la réaction magnétique d'induit. Cette sur
tension nécessite un surdimensionnement des diodes en tension
de claquage inverse, ce qui leur est défavorable en termes de
coût et de chute de tension directe. Ce handicap peut être
éliminé en insérant entre les pôles E(N) et F(N), en série
avec chaque bobinage de phase PN, un réseau de compensation
des inductances mutuelles de couplage entre phases de
l'induit. La tension de claquage des diodes ne dépend plus
alors strictement que de la tension induite par le déplace
ment des phases d'induit dans le champ inducteur.
tante de la tension générée par chaque bobinage de phase peut
être causés par la réaction magnétique d'induit. Cette sur
tension nécessite un surdimensionnement des diodes en tension
de claquage inverse, ce qui leur est défavorable en termes de
coût et de chute de tension directe. Ce handicap peut être
éliminé en insérant entre les pôles E(N) et F(N), en série
avec chaque bobinage de phase PN, un réseau de compensation
des inductances mutuelles de couplage entre phases de
l'induit. La tension de claquage des diodes ne dépend plus
alors strictement que de la tension induite par le déplace
ment des phases d'induit dans le champ inducteur.
Dans les machines simples un seul convertisseur "BOOST"
suffit, régulant simultanément le courant de toutes les
phases de l'induit de l'alternateur. Mais un montage à plu
sieurs convertisseurs, chacun associé à une partition des phases de l'induit, peut se révéler judicieux (par exemple
lorsque l'on préfèrera pour des raisons de fiabilité la mise
en parallèle de convertisseurs redondants, ou pour obtenir
une tension de sortie plus faible). Il s@ra alors avantageux
de répartir de façon équilibrée les phases d'une même parti
tion parmi l'ensemble des phases de l'induit.
suffit, régulant simultanément le courant de toutes les
phases de l'induit de l'alternateur. Mais un montage à plu
sieurs convertisseurs, chacun associé à une partition des phases de l'induit, peut se révéler judicieux (par exemple
lorsque l'on préfèrera pour des raisons de fiabilité la mise
en parallèle de convertisseurs redondants, ou pour obtenir
une tension de sortie plus faible). Il s@ra alors avantageux
de répartir de façon équilibrée les phases d'une même parti
tion parmi l'ensemble des phases de l'induit.
Quand l'induit de l'alternateur est concu pour minimi
ser les inductances propres des bobinages de phase, le décou
page peut s'effectuer à haute fréquence, ce qui favorise le
rendement et la miniaturisation des composants inductifs et
capacitifs. La figure 4 présente un exemple concret de réali
sation d'un convertisseur selon l'invention, veillant à diminuer les pertes de commutation de l'interrupteur hacheur 13
associé à la diode de récupération 15. Le montage propose un
circuit d'aide à la commutation actif à l'ouverture et à la
fermetrue de cet interrupteur et à récupération d'énergie,
composé des éléments 71 à 82 (sans revendiquer aucunement ce
circuit qui a déjà fait l'objet d'autres publications). Le module 30, régulateur à contrôle du courant, superpose deux
boucles de réaction, l'une (externe) mesurant le courant
moyen avec la résistance 16, l'autre (interne) détectant le
courant crête aux bornes du transistor 13 à effet de champ.
ser les inductances propres des bobinages de phase, le décou
page peut s'effectuer à haute fréquence, ce qui favorise le
rendement et la miniaturisation des composants inductifs et
capacitifs. La figure 4 présente un exemple concret de réali
sation d'un convertisseur selon l'invention, veillant à diminuer les pertes de commutation de l'interrupteur hacheur 13
associé à la diode de récupération 15. Le montage propose un
circuit d'aide à la commutation actif à l'ouverture et à la
fermetrue de cet interrupteur et à récupération d'énergie,
composé des éléments 71 à 82 (sans revendiquer aucunement ce
circuit qui a déjà fait l'objet d'autres publications). Le module 30, régulateur à contrôle du courant, superpose deux
boucles de réaction, l'une (externe) mesurant le courant
moyen avec la résistance 16, l'autre (interne) détectant le
courant crête aux bornes du transistor 13 à effet de champ.
On peut rajouter sur l'inductance 11 un secondaire 12 isolé galvaniquement qui permette la "prédiction" de la décrois
sance du courant sans insérer un capteur résistif supplémentaire.
sance du courant sans insérer un capteur résistif supplémentaire.
L'invention s'applique particulièrement aux convertis
seurs pour générateurs électriques alimentant, ou non, un
dispositif de stockage de l'énergie électrique.
seurs pour générateurs électriques alimentant, ou non, un
dispositif de stockage de l'énergie électrique.
Claims (3)
1- Convertisseur de courant alternatif à courant
continu pour alternateur à phases d'induit indépendantes ca
ractérisé par la combinaison des moyens suivants:
- La conversion d'énergie utilise la configuration dite
de "BOOST" à élévation de tension comprenant une première
boucle série composée d'un générateur 20 de pôles positif A
et négatif B, d'une inductance 11 et d'un interrupteur ha
cheur 13, lequel est en parallèle sur une seconde boucle composée d'une diode 15 récupérant le courant de l'inductance
dans la charge parallélisée avec un éventuel condensateur 14.
total de bobinages de phase associés dans le générateur 20.
N étant un entier naturel variant de 1 à P, P étant le nombre
phase connectés les uns aux autres par leurs pôles homonymes,
P modules de rang N à six pôles dits modules redresseurs de
- Le générateur 20 est constitué de la juxtaposition de
de sortie.
vers les pôles centraux et des pôles centraux vers les pôles
leur courant direct ne puisse circuler que des pôles d'entrée
F(N), E(N) à F(N+1) et F(N) à E(N+1) dans un sens tel que
quatre diodes relient respectivement E(N-1) à E(N), F(N-1) à
phase PN de rang N, et les pôles de sortie E(N+1) et F(N+1),
centraux E(N) et F(N) connectés aux extrémités du bobinage de
N étant nommés les pôles d'entrée E(N-1) et F(N-1), les pôles
- Les six pôles d'un module redresseur de phase de rang
positif A du générateur 20.
E(P+1) et F(P+1) sont reliés ensemble pour constituer le pôle
constituer le pôle négatif B du générateur 20 et les pôles
- Les pôles E(O) et F(O) sont reliés ensemble pour
2- Circuit selon la revendication précédente, un réseau
de compensation des inductances mutuelles entre les bobinages
de phase de l'induit étant inséré entre les pôles E(N) et
F(N) en série avec chaque bobinage PN.
3- Utilisation du circuit selon l'une quelconque des
revendications précédentes, soit dans un montage unique qui n'utilise qu'un seul convertisseur BOOST régulant simultané
ment le courant de toutes les phases de l'induit de
l'alternateur, soit dans un montage à plusieurs convertis
seurs, chacun associé à une partition des phases de l'induit.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9202582A FR2688358B1 (fr) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | Convertisseur alternatif-continu pour alternateur a phases independantes. |
| AU36368/93A AU3636893A (en) | 1992-03-04 | 1993-02-25 | A.c.-d.c. converter for independent phase alternator |
| PCT/FR1993/000191 WO1993018574A1 (fr) | 1992-03-04 | 1993-02-25 | Convertisseur alternatif continu pour alternateur a phases independantes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9202582A FR2688358B1 (fr) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | Convertisseur alternatif-continu pour alternateur a phases independantes. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2688358A1 true FR2688358A1 (fr) | 1993-09-10 |
| FR2688358B1 FR2688358B1 (fr) | 1995-12-22 |
Family
ID=9427337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9202582A Expired - Fee Related FR2688358B1 (fr) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | Convertisseur alternatif-continu pour alternateur a phases independantes. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2688358B1 (fr) |
| WO (1) | WO1993018574A1 (fr) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2045012A (en) * | 1979-03-14 | 1980-10-22 | Westinghouse Brake & Signal | High voltage transformer rectifier |
| JPS5875451A (ja) * | 1981-10-30 | 1983-05-07 | Hitachi Ltd | 直流機の電機子 |
| JPS6177907A (ja) * | 1984-09-26 | 1986-04-21 | Fuji Electric Co Ltd | 電源回路 |
| JPH03284168A (ja) * | 1990-03-28 | 1991-12-13 | Hitachi Ltd | 電源装置 |
-
1992
- 1992-03-04 FR FR9202582A patent/FR2688358B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-02-25 WO PCT/FR1993/000191 patent/WO1993018574A1/fr active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2045012A (en) * | 1979-03-14 | 1980-10-22 | Westinghouse Brake & Signal | High voltage transformer rectifier |
| JPS5875451A (ja) * | 1981-10-30 | 1983-05-07 | Hitachi Ltd | 直流機の電機子 |
| JPS6177907A (ja) * | 1984-09-26 | 1986-04-21 | Fuji Electric Co Ltd | 電源回路 |
| JPH03284168A (ja) * | 1990-03-28 | 1991-12-13 | Hitachi Ltd | 電源装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 10, no. 250 (P-491) 28 Août 1986 & JP-A-61 077 907 (FUJI) 21 Avril 1986 * |
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 16, no. 112 (E-1180) 19 Mars 1992 & JP-A-03 284 168 (HITACHI) 13 Décembre 1991 * |
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 7, no. 170 (E-189) 27 Juillet 1983 & JP-A-58 075 451 (HITACHI) 7 Mai 1983 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1993018574A1 (fr) | 1993-09-16 |
| FR2688358B1 (fr) | 1995-12-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |