FR2939577A1 - Dispositif de conversion d'energie - Google Patents

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Abstract

On propose un dispositif de conversion d'énergie (1) capable de détecter une défaillance par court-circuit et d'assurer une protection fiable vis-à-vis de celle-ci. Le dispositif de conversion d'énergie comprend : un circuit de conversion d'énergie de type à pont triphasé (2) comprenant un commutateur à semi-conducteur comprenant une première borne principale, une deuxième borne principale et une borne de commande ; un circuit de commande (3) pour commander un fonctionnement du commutateur à semi-conducteur ; et un circuit de détection de tension (4) pour surveiller une tension entre les bornes CC du circuit de conversion d'énergie, dans lequel le circuit de commande (3) a pour fonction de protection d'éteindre le commutateur à semi-conducteur si la tension entre les bornes CC du circuit de conversion d'énergie, qui est détectée par le circuit de détection de tension (4), est inférieure à une valeur prédéterminée pendant une durée prédéterminée ou plus.

Description

DISPOSITIF DE CONVERSION D'ENERGIE CONTEXTE DE L'INVENTION
1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de conversion d'énergie de type à pont triphasé pour convertir de l'énergie CC provenant d'une batterie ou similaire en une énergie CA triphasée de manière à entraîner une machine électrique rotative, ou convertir une énergie CA triphasée générée par une machine électrique rotative en une énergie CC de façon à fournir l'énergie CC convertie à une alimentation CC telle qu'une batterie. La présente invention concerne notamment un dispositif de conversion d'énergie comprenant un moyen de détection et de protection vis-à-vis d'une défaillance par court-circuit entre des bornes (c'est-à-dire un court-circuit de bras de pont dû à une panne par court-circuit ou la mise en marche inappropriée d'un commutateur à semi-conducteur, et un court-circuit de l'alimentation, un court-circuit de la terre ou un court-circuit entre des phases dû à un contact mécanique, et similaires). 2. Description de l'art connexe Un dispositif de conversion d'énergie classique comprend habituellement un certain type de moyen de détection de courant pour détecter un courant excessif provoqué par une défaillance par court-circuit (voir par exemple la demande de brevet japonais mise à l'inspection publique no. 2001-275 392). Le moyen de détection de courant excessif décrit dans la demande de brevet japonais mise à l'inspection publique no. 2001-275 392 comprend un circuit de conversion d'énergie de type à pont triphasé constitué d'un commutateur à semi-conducteur et d'une résistance à faible résistance (résistance shunt) pour détecter un courant qui est inséré sur une ligne CC sur un côté à bas potentiel du circuit de conversion d'énergie. En outre, si une chute de tension dans la résistance dépasse une valeur prédéterminée, il est décidé qu'un courant excessif circule dans celle-ci. Le commutateur à semi-conducteur est alors mis à l'arrêt afin de protéger le circuit vis-à-vis d'une défaillance par court-circuit. Toutefois, la technologie classique présente les problèmes suivants.
Un tel dispositif de conversion d'énergie classique provoque une chute de puissance par la résistance shunt même dans un état normal lorsqu'une défaillance par court-circuit survient. L'efficacité du dispositif de conversion d'énergie est donc réduite. De plus, il est nécessaire de prendre des mesures d'évacuation de chaleur pour empêcher une surchauffe due à la chute de puissance. Il s'ensuit qu'il peut être nécessaire de donner au dispositif de conversion d'énergie une grande taille et son coût peut être accru. De plus, il est nécessaire d'interrompre un courant élevé par le commutateur à semi-conducteur après la détection d'un courant de court-circuit en circulation en raison de la défaillance par court-circuit. Par conséquent, une interruption secondaire du commutateur à semi-conducteur peut se produire, sortant de la plage de fonctionnement sûre de celui-ci lorsque le courant élevé est interrompu.
RESUME DE L'INVENTION La présente invention a été élaborée afin de résoudre les problèmes décrits ci-dessus et un objet de la présente invention consiste à proposer un dispositif de conversion d'énergie de petite taille et à bas coût, capable de détecter une défaillance par court-circuit et d'assurer une protection fiable vis-à-vis de celle-ci. Un dispositif de conversion d'énergie selon la présente invention comprend : un circuit de conversion d'énergie de type à pont triphasé comprenant un commutateur à semi-conducteur comprenant une première borne principale, une deuxième borne principale, et une borne de commande ; un circuit de commande pour commander un fonctionnement du commutateur à semi-conducteur ; et un circuit de détection de tension pour surveiller une tension entre les bornes CC du circuit de conversion d'énergie, dans lequel le circuit de commande a pour fonction de protection d'éteindre le commutateur à semi-conducteur si la tension entre les bornes CC du circuit de conversion d'énergie, qui est détectée par le circuit de détection de tension, est inférieure à une valeur prédéterminée pendant une période prédéterminée ou plus. Selon le dispositif de conversion d'énergie de la présente invention, une valeur seuil de la tension entre les bornes CC du circuit de conversion d'énergie est fixée à une tension inférieure à une tension minimale de la tension entre les bornes CC que le circuit de conversion d'énergie peut atteindre en fonctionnement normal. La défaillance par court-circuit peut être détectée si un état dans lequel la tension entre les bornes CC du circuit de conversion d'énergie est inférieure à la valeur seuil continue pendant une période prédéterminée ou plus. Il est ainsi possible d'obtenir le dispositif de conversion d'énergie de petite taille et à bas coût, capable de détecter la défaillance par court-circuit et d'assurer une protection fiable vis-à-vis de celle-ci.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Dans les dessins annexés . La figure 1 est un schéma structurel global d'un système générateur d'entraînement utilisant un moteur générateur triphasé selon le mode de réalisation 1 de la présente invention La figure 2 est un schéma explicatif des formes d'onde opérationnelles de parties individuelles d'une commande d'excitation à 180 degrés selon le mode de réalisation 1 de la présente invention ; La figure 3 est un schéma explicatif des formes d'onde opérationnelles de parties individuelles d'une commande d'excitation à 120 degrés selon le mode de réalisation 2 de la présente invention ; et la figure 4 est un schéma explicatif des formes d'onde opérationnelles de parties individuelles d'une commande de redressement synchrone selon le mode de réalisation 3 de la présente invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES Des modes de réalisation préférés du dispositif de conversion d'énergie selon la présente invention sont décrits ci-après en référence aux dessins annexés.
Mode de réalisation 1 La figure 1 est un schéma structurel global d'un système générateur d'entraînement utilisant un moteur générateur triphasé selon le mode de réalisation 1 de la présente invention. Le système générateur d'entraînement illustré sur la figure 1 comprend un dispositif de conversion d'énergie 1, une batterie 7 connectée à celui-ci depuis l'extérieur, une inductance de fil 8 et un moteur générateur 9 correspondant au moteur générateur triphasé. Ici, le dispositif de conversion d'énergie 1 comprend un circuit de conversion d'énergie 2, un circuit de commande 3, un circuit de détection de tension 4, et un condensateur 5. De plus, le circuit de conversion d'énergie 2 est ce que l'on appelle un circuit de conversion d'énergie de type à pont triphasé présentant une structure à 2 éléments en série et 3 éléments en parallèle comprenant des MOSFET électriques de type à canal N 6a à 6f en tant que commutateurs à semi-conducteur. Ensuite, les opérations du système générateur 30 d'entraînement présentant la structure illustrée sur la figure 1 sont décrites. Une énergie CC de la batterie 7 est convertie par le dispositif de conversion d'énergie 1 en énergie CA triphasée de sorte que le moteur générateur 9 est entraîné pour exercer une force de rotation sur un moteur (non représenté). D'autre part, le moteur générateur 9 entraîné par la rotation du moteur (non représenté) génère l'énergie CA triphasée qui est convertie en énergie CC par le dispositif de conversion d'énergie 1 et fournie à la batterie 7 et une charge d'un véhicule (non représenté). Une borne B d'un côté CC à potentiel élevé et une borne E d'un côté CC à potentiel bas du dispositif de conversion d'énergie 1 sont respectivement reliées à une borne positive et une borne négative de la batterie 7. De plus, les bornes CA triphasées U, V et W du dispositif de conversion d'énergie 1 sont respectivement reliées à des enroulements de stator de phase U, de phase V et de phase W du moteur générateur 9. Il est à noter que l'inductance de fil 8 représente une somme totale d'inductances parasites des fils sur le côté à potentiel élevé et le côté à potentiel bas pour relier la batterie 7 au dispositif de conversion d'énergie 1. Le dispositif de conversion d'énergie 1 comporte ce que l'on appelle le circuit de conversion d'énergie de type à pont triphasé 2 présentant la structure à 2 éléments en série et à 3 éléments en parallèle comprenant les MOSFET de puissance de type à canal N 6a à 6f en tant que commutateurs à semi-conducteur à l'intérieur de celui-ci. En outre, concernant ce circuit de conversion d'énergie 2, les deux extrémités et les points intermédiaires des 2 éléments en série sont respectivement reliés aux bornes côté CC B et E et aux bornes côté CA U, V et W du dispositif de conversion d'énergie 1.
Chacun des MOSFET de puissance 6a à 6f comprend une première borne principale (drain), une deuxième borne principale (source) et une borne de commande (grille), et est commandé pour être mis en marche et à l'arrêt par une tension entre la grille et la source.
En outre, chacun des MOSFET de puissance 6a à 6f devient un élément de résistance qui établit un trajet électrique bidirectionnel entre le drain et la source lorsqu'il est mis en marche tandis qu'il devient un élément de diode qui établit un trajet électrique uniquement dans la direction de la source au drain lorsqu'il est à l'arrêt. De plus, le condensateur 5 présentant une petite capacité est relié entre les bornes côté CC B et E du dispositif de conversion d'énergie 1. En outre, ce condensateur 5 a pour rôle de réduire le bruit haute fréquence dû à la commutation des MOSFET de puissance 6a à 6f, ou similaire, et de supprimer le bruit de rayonnement tel que le bruit radio. Lorsque le dispositif de conversion d'énergie 1 effectue une conversion d'énergie par commande de modulation d'impulsions en durée (PWM), un condensateur ayant une capacité élevée est habituellement relié au niveau de la position du condensateur 5 de sorte qu'une tension entre les bornes côté CC B et E est lissée. Toutefois, dans la présente invention, le condensateur de lissage présentant une capacité élevée n'est pas toujours nécessaire car la conversion d'énergie est assurée par un procédé de mise en marche à une seule impulsion (mode de réalisation 1 et mode de réalisation 2), ou un procédé de commande par redressement synchrone (mode de réalisation 3) qui sont décrits ci-après. De plus, le circuit de détection de tension 4 est relié entre les bornes côté CC B et E du dispositif de conversion d'énergie 1. En outre, lorsque le dispositif de conversion d'énergie 1 commande la génération électrique du moteur générateur 9, le circuit de détection de tension 4 délivre une valeur de détection de tension entre les bornes côté CC B et E qui est nécessaire en tant qu'information de retour vers le circuit de commande 3. De plus, lorsque la tension entre les bornes côté CC B et E devient inférieure à une valeur prédéterminée pendant une période donnée ou plus, le circuit de détection de tension 4 délivre un signal de défaillance au circuit de commande 3. Le circuit de commande 3 effectue une commande d'entraînement MARCHE et ARRET des MOSFET de puissance 6a à 6f du circuit de conversion d'énergie 2 selon le mode opératoire basé sur une instruction provenant d'un bloc de commande électronique (ECU) de niveau supérieur (non représentée) et de diverses informations de capteur (non représentées). De plus, le circuit de commande 3 effectue également une commande de courant d'un enroulement inducteur d'un rotor (non représenté) du moteur générateur 9. En outre, le circuit de commande 3 a pour fonction d'éteindre les MOSFET de puissance 6a à 6f du circuit de conversion d'énergie 2 de manière forcée au moment de la réception du signal de défaillance provenant du circuit de détection de tension 4. Il est à noter qu'on décrit ici un cas dans lequel le circuit de détection de tension 4 décide si oui ou non la tension entre les bornes côté CC B et E devient inférieure à la valeur prédéterminée pendant la période donnée ou plus. Il est toutefois possible d'adopter une autre structure dans laquelle le circuit de commande 3 décide si oui ou non la tension entre les bornes côté CC B et E devient inférieure à la valeur prédéterminée pendant la période donnée ou plus, à partir d'une valeur de tension détectée par le circuit de détection de tension 4. On décrit à présent, dans la structure de la figure 1, des formes d'onde opérationnelles de parties individuelles dans lesquelles la commande de mise en marche à une seule impulsion avec un angle de conduction de 180 degrés est appliquée pour entraîner le moteur générateur 9, y compris le cas dans lequel une défaillance par court-circuit se produit. La figure 2 est un schéma explicatif des formes d'onde opérationnelles de parties individuelles dans une commande d'excitation à 180 degrés selon le mode de réalisation 1 de la présente invention.
Chacune des références UH, UL, VH, VL, WH et WL désigne une logique de MARCHE et d'ARRET de chacun des MOSFET de puissance 6a à 6f commandés par le circuit de commande 3 et élevé indique un état de MARCHE tandis que bas indique un état d'ARRET. Il est à noter qu'une période (temps mort) est assurée entre les moments de commutation de MARCHE et d'ARRET des MOSFET de puissance dans la même phase (c'est-à-dire 6a et 6b, 6c et 6d, ou 6e et 6f) de manière à empêcher un court-circuit de bras de pont en phase commune dû à une mise en marche simultanée.
Ensuite, Vbe désigne la tension entre les bornes côté CC B et E du dispositif de conversion d'énergie 1. De plus, Idc désigne le courant circulant sur une ligne CC du côté à potentiel élevé du circuit de conversion d'énergie 2. En outre, les références Iu, Iv et Iw désignent des courants qui circulent respectivement dans les bornes CA U, V et W du dispositif de conversion d'énergie 1 (la direction du dispositif de conversion d'énergie 1 au moteur générateur 9 est une direction positive).
Ainsi, la commande d'excitation à 180 degrés modifie le schéma de mise en marche des MOSFET de puissance tous les 60 degrés de la phase en synchronisation avec la rotation du moteur générateur 9 dans un ordre tel que (UH, VL, WH) - (UH, VL, WL) û (UH, VH, WL) - (UL, VH, WL) - (UL, VH, WH) - (UL, VL, WH) - (UH, VL, WH) . Ainsi, des tensions CA sont appliquées entre les bornes des enroulements de stator du moteur générateur 9 de sorte que des courants CA triphasés Iu, Iv et Iw circulent dans les enroulements de stator. En d'autres termes, un des MOSFET de puissance sur le côté à potentiel élevé et le côté à potentiel bas ayant deux phases en marche est toujours éteint de sorte que sensiblement la moitié du courant CC Idc fournie par la batterie 7 est interrompue. Par conséquent, une surtension contre-électromotrice générée dans l'inductance de fil 8 provoque une élévation de la tension de la forme d'onde de Vbe tous les 60 degrés de la phase. La forme d'onde de Vbe converge ensuite avec une oscillation par une fréquence de résonance de l'inductance de fil 8 et du condensateur 5. Par conséquent, la valeur minimale de Vbe est inférieure à la tension à l'état stable d'une tension de sous-dépassement de l'oscillation. D'autre part, lorsque chacun des MOSFET de puissance 6a à 6f est mis en marche, il est mis en marche à la phase à laquelle le courant circule dans la direction de la source vers le drain, c'est-à-dire la phase dans laquelle le courant circule dans la diode parasite du MOSFET de puissance. Par conséquent, la forme d'onde de Vbe ne présente aucune modification apparente. Ainsi, la commutation de chacun des MOSFET de puissance 6a à 6f ne provoque pas de chute substantielle de Vbe en mode d'entraînement par la commande d'excitation à 180 degrés, même si le condensateur 5 a une faible capacité. On suppose ensuite que le MOSFET de puissance 6a de UH est mis en marche de manière inappropriée, de sorte que les MOSFET de puissance 6a et 6b de la phase U sont mis en marche simultanément, entraînant la survenue d'un court-circuit entre les bornes côté CC B et E du dispositif de conversion d'énergie 1 à un instant A (voir la figure 2) pendant l'opération d'entraînement du moteur générateur 9, comme décrit ci- dessus. Dans ce cas, un courant de court-circuit provenant du condensateur 5 circule en premier du fait que l'impédance de sa trajectoire de courant est faible (voir la forme d'onde de type à impulsion de Idc dans la vue agrandie de la figure 2 autour de l'instant A). Toutefois, le condensateur 5 a une faible capacité et, de ce fait, la décharge prend fin en peu de temps avant la circulation d'un courant élevé à protéger, moyennant quoi Vbe chute sensiblement à 0 V. Par la suite, une tension de différence entre la tension de batterie et Vbe est appliquée à l'inductance de fil 8, moyennant quoi le courant de court-circuit de la batterie 7 s'élève et devient un courant de court-circuit très élevé à l'état stable. Ici, deux points doivent être notés comme suit. Tout d'abord, si un court-circuit de bras de pont en phase commune survient, Vbe chute instantanément à sensiblement 0 V. Deuxièmement, le courant de court-circuit circule à partir de la batterie par la suite avec un retard dû à une influence d'une impédance de l'inductance de fil 8. D'autre part, en fonctionnement normal, Vbe ne chute pas sensiblement comme décrit précédemment. Par conséquent, si le circuit de détection de tension 4 fixe la valeur seuil de Vbe pour la génération d'un signal de défaillance à une valeur inférieure à la valeur de tension minimale à laquelle Vbe peut chuter en fonctionnement normal et si le circuit de détection de tension 4 surveille Vbe, il est possible de détecter une défaillance par court-circuit. De plus, le dispositif de conversion d'énergie 1 peut être protégé vis-à-vis de la circulation d'un courant élevé à partir de la batterie due à une défaillance par court-circuit par l'interruption des MOSFET de puissance 6a à 6f rapidement après la détection de la défaillance par court-circuit. Comme décrit plus haut, selon le mode de réalisation 1, lorsque le moteur générateur est entraîné, la conversion d'énergie est assurée par la commande de mise en marche à une seule impulsion avec un angle de conduction de 180 degrés (c'est-à-dire une commande d'excitation à 180 degrés) et une chute de tension entre les bornes CC du dispositif de conversion d'énergie de type à pont triphasé est surveillée par le circuit de détection de tension, moyennant quoi une défaillance par court-circuit peut être détectée. Par suite, un capteur de courant tel qu'une résistance shunt pour détecter un courant excessif devient inutile et la réduction des dimensions du dispositif de conversion d'énergie ainsi qu'un faible coût et une efficacité élevée de celui-ci peuvent être obtenus. De plus, si un procédé de commande de mise en marche à une seule impulsion est adopté au lieu de la commande à modulation d'impulsions en durée (PWM) en tant que commande de conversion d'énergie pour entraîner le moteur générateur, un condensateur à grande capacité pour lisser la tension entre les bornes CC du dispositif de conversion d'énergie peut être éliminé. Lorsque le condensateur à grande capacité n'est pas utilisé, la tension entre les bornes CC du dispositif de conversion d'énergie chute instantanément à sensiblement 0 V lorsqu'une défaillance par court-circuit survient et, par la suite, le courant de court- circuit circule à partir de l'alimentation CC (batterie). Par conséquent, si la défaillance par court-circuit est détectée rapidement à partir de la chute de tension entre les bornes CC de sorte que le commutateur à semi-conducteur est mis à l'arrêt d'un seul coup, le commutateur à semi-conducteur peut être interrompu avant qu'un courant élevé dû au court-circuit ne circule dans celui-ci. Par suite, il est possible de protéger le commutateur à semi-conducteur d'une seconde interruption due à la circulation du courant élevé et d'interrompre celui-ci, d'où la fiabilité de la protection vis-à-vis de la défaillance par court-circuit. De plus, la tension entre les bornes CC du dispositif de conversion d'énergie dans une commande de mise en marche à une seule impulsion devient plus basse lors de la survenue d'un court-circuit qu'en fonctionnement normal, et la tension chute plus rapidement et de manière plus importante lorsqu'une capacité du condensateur entre les bornes CC est plus petite. Par conséquent, si la valeur seuil de la tension entre les bornes de tension pour détecter une défaillance par court-circuit est fixée à une valeur inférieure à la tension minimale à laquelle la tension entre les bornes CC peut chuter en fonctionnement normal du circuit de conversion d'énergie, la défaillance par court-circuit peut être détectée. Il s'ensuit que l'état normal peut être clairement distingué de l'état au cours duquel survient une défaillance par court-circuit. Ainsi, une défaillance par court-circuit peut être détectée facilement en surveillant la tension entre les bornes CC et une détection inappropriée d'une défaillance par court-circuit peut être évitée.
Mode de réalisation 2 Le mode de réalisation 1 décrit la détection d'une défaillance par court-circuit lorsqu'une commande d'excitation à 180 degrés est exécutée en tant que procédé de mise en marche à une seule impulsion. A l'inverse, le mode de réalisation 2 décrit la détection d'une défaillance par court-circuit lorsqu'une commande d'excitation à 120 degrés est exécutée en tant que procédé de mise en marche à une seule impulsion. Spécifiquement, dans la structure mentionnée ci-dessus, illustrée sur la figure 1, des formes d'onde opérationnelles de parties individuelles sont décrites dans lesquelles la commande de mise en marche à une seule impulsion avec un angle de conduction de 120 degrés est appliquée pour entraîner le moteur générateur 9, y compris le cas dans lequel survient une défaillance par court-circuit. La figure 3 est un schéma explicatif de formes d'onde opérationnelles de parties individuelles de la commande d'excitation à 120 degrés selon le mode de réalisation 2 de la présente invention, et les éléments de forme d'onde individuels sont identiques à ceux illustrés sur la figure 2. De cette façon, la commande d'excitation à 120 degrés modifie le schéma de mise en marche des MOSFET de puissance tous les 60 degrés de la phase en synchronisation avec la rotation du moteur générateur 9 dans un ordre tel que (UH, VL) - (UH, WL) - (VH, WL) - (UL, VH) - (UL, WH) - (VL, WH) - (UH, VL) . Ainsi, des tensions CA sont appliquées entre les bornes des enroulements de stator du moteur générateur 9, de sorte que des courants CA triphasés Iu, Iv et Iw circulent dans les enroulements de stator. En d'autres termes, l'un des MOSFET de puissance sur le côté de potentiel élevé et le côté de potentiel bas dont une phase est mise en marche est toujours éteint de sorte que tout le courant CC Idc fourni par 10 la batterie 7 est interrompu. Par conséquent, une surtension contre-électromotrice générée dans l'inductance de fil 8 provoque une élévation de tension de la forme d'onde de Vbe tous les 60 degrés de la phase. Par la suite, la forme d'onde de Vbe converge avec une oscillation par une fréquence de résonance de 8 et du condensateur 5. Par 15 l'inductance de fil conséquent, la valeur minimale de Vbe est inférieure à la tension à l'état stable d'une tension de sous-dépassement de l'oscillation. 20 D'autre part, lorsque les MOSFET de puissance 6a à 6f sont mis en marche, le courant de stator de la phase est de 0 A et aucune modification rapide du courant circulant dans l'inductance de fil 8 ne se produit. Par conséquent, Vbe ne présente aucune modification 25 apparente. Ainsi, la commutation de chacun des MOSFET de puissance 6a à 6f ne provoque pas de chute substantielle de Vbe en mode d'entraînement par la commande d'excitation à 120 degrés, même si le condensateur 5 a une faible capacité. 30 On suppose ensuite que le MOSFET de puissance 6a de UH est mis en marche de manière inappropriée de sorte que les MOSFET de puissance 6a et 6b de la phase U sont mis en marche simultanément, entraînant la survenue d'un court-circuit entre les bornes côté CC B et E du dispositif de conversion d'énergie 1 à un instant B (voir la figure 3) au cours de l'opération d'entraînement du moteur générateur 9, comme décrit plus haut. Un phénomène qui survient dans ce cas est sensiblement similaire à celui du mode de réalisation 1. Par conséquent, la détection d'une défaillance par court-circuit et la protection vis-à-vis de celle-ci peuvent être effectuées de manière similaire au mode de réalisation 1. Comme décrit ci-dessus, selon le mode de réalisation 2, lorsque le moteur générateur est entraîné, la conversion d'énergie est effectuée par une commande de mise en marche à une seule impulsion avec un angle de conduction de 120 degrés (c'est-à-dire une commande d'excitation à 120 degrés), et une chute de tension entre les bornes CC du dispositif de conversion d'énergie de type à pont triphasé est surveillée par le circuit de détection de tension, moyennant quoi une défaillance par court-circuit peut être détectée. Par suite, de manière similaire au mode de réalisation 1 dans lequel une commande d'excitation à 180 degrés est effectuée, un capteur de courant tel qu'une résistance shunt pour détecter un courant excessif devient inutile et une modification des dimensions du dispositif de conversion d'énergie ainsi qu'un bas coût et une efficacité élevée de celui-ci peuvent être obtenus.
De plus, si le procédé de commande de mise en marche à une seule impulsion est adopté au lieu de la commande à modulation d'impulsions en durée (PWM) en tant que commande de conversion d'énergie pour entraîner le moteur générateur, un condensateur à grande capacité pour lisser la tension entre les bornes CC du dispositif de conversion d'énergie peut être éliminé. Lorsque le condensateur à grande capacité n'est pas utilisé, la tension entre les bornes CC du dispositif de conversion d'énergie chute instantanément à sensiblement 0 V lorsqu'une défaillance par court- circuit se produit, et par la suite le courant de court-circuit circule à partir de l'alimentation CC (batterie). Par conséquent, si la défaillance par court-circuit est détectée rapidement à partir de la chute de tension entre les bornes CC, de sorte que le commutateur à semi-conducteur est mis à l'arrêt d'un seul coup, le commutateur à semi-conducteur peut être interrompu avant la circulation d'un courant élevé dû au court-circuit à l'intérieur de celui-ci. Par suite, il est possible de protéger le commutateur à semi- conducteur vis-à-vis d'une seconde interruption due à la circulation du courant élevé et à l'interruption de celui-ci, d'où la fiabilité de la protection vis-à-vis de la défaillance par court-circuit. De plus, la tension entre les bornes CC du dispositif de conversion d'énergie dans la commande de mise en marche à une seule impulsion devient plus basse lorsqu'une défaillance par court-circuit se produit qu'en fonctionnement normal, et la tension chute plus rapidement et de manière plus importante lorsque la capacité du condensateur entre les bornes CC est plus petite. Par conséquent, si la valeur seuil de la tension entre les bornes de tension pour la détection d'une défaillance par court-circuit est fixée à une valeur inférieure à la tension minimale à laquelle la tension entre les bornes CC peut chuter en fonctionnement normal du circuit de conversion d'énergie, la défaillance par court-circuit peut être détectée. Il s'ensuit que l'état normal peut être clairement distingué de l'état au cours duquel se produit une défaillance par court-circuit. Ainsi, une défaillance par court-circuit peut être détectée facilement en surveillant la tension entre les bornes CC et une détection inappropriée d'une défaillance par court-circuit peut être évitée.
Mode de réalisation 3 Les modes de réalisation 1 et 2 décrivent la détection d'une défaillance par court-circuit lorsqu'une commande d'excitation à 180 degrés et une commande d'excitation à 120 degrés sont exécutées respectivement en tant que procédé de mise en marche à une seule impulsion. A l'inverse, le mode de réalisation 3 décrit la détection d'une défaillance par court-circuit lorsque la commande de redressement synchrone est exécutée au lieu du procédé de mise en marche à une seule impulsion. Spécifiquement, dans la structure mentionnée ci-dessus illustrée sur la figure 1, des formes d'onde opérationnelles des parties individuelles sont décrites dans lesquelles la commande de redressement synchrone est exécutée en mode de génération d'électricité du moteur générateur 9, y compris le cas dans lequel se produit une défaillance par court-circuit. La figure 4 est un schéma explicatif de formes d'onde opérationnelles de parties individuelles de la commande de redressement synchrone selon le mode de réalisation 3 de la présente invention et les éléments de forme d'onde individuels sont les mêmes que ceux qui sont illustrés sur la figure 2. Ainsi, lorsque les courants CA triphasés Iu, Iv et Iw générés par le moteur générateur 9 sont redressés par un redressement d'onde entière triphasée et sont convertis en courant CC Idc par le circuit de conversion d'énergie de type à pont triphasé 2, le MOSFET de puissance correspondant est mis en marche à l'instant où la diode parasite de chacun des MOSFET de puissance 6a à 6f est excitée selon une polarité de courant dans chaque phase. Ainsi, la chute de tension due à la circulation de courant devient plus petite, moyennant quoi le redressement d'onde entière peut être effectué efficacement tout en supprimant une perte dans le circuit de conversion d'énergie 2. Ce type de commande de génération d'électricité est désigné par redressement synchrone. Dans ce cas, lorsque chacun des MOSFET de puissance 6a à 6f est mis en marche ou à l'arrêt, la commutation est réalisée dans la phase dans laquelle le courant circule dans la direction de la borne source à la borne drain de chacun des MOSFET de puissance 6a à 6f dans les deux cas. Par conséquent, la commutation ne provoque pas de modification rapide du courant circulant dans l'inductance de fil 8 et, de ce fait, Vbe devient une tension stable.
Ainsi, la commutation de chacun des MOSFET de puissance 6a à 6f modifie à peine Vbe dans le mode de génération d'électricité par la commande de redressement synchrone, même si le condensateur 5 a une petite capacité. On suppose ensuite que le MOSFET de puissance 6a de UH est mis en marche de manière inappropriée, de sorte que les MOSFET de puissance 6a et 6b de la phase U sont mis en marche simultanément, entraînant la survenue d'un court-circuit entre les bornes côté CC B et E du dispositif de conversion d'énergie 1 à un instant C (voir la figure 4) pendant l'opération de génération d'électricité du moteur générateur 9, comme décrit ci-dessus. Un phénomène qui se produit dans ce cas est sensiblement similaire à celui du mode de réalisation 1. Par conséquent, la détection d'une défaillance par court-circuit et la protection vis-à-vis de celle-ci peuvent être assurées de manière similaire au mode de réalisation 1.
Comme décrit ci-dessus, selon le mode de réalisation 3, lorsque le moteur générateur génère de l'électricité, la conversion d'énergie est assurée par la commande de redressement synchrone et une chute de tension entre les bornes CC du dispositif de conversion d'énergie de type à pont triphasé est surveillée par le circuit de détection de tension, moyennant quoi une défaillance par court-circuit peut être détectée. Par suite, de manière similaire aux modes de réalisation 1 et 2, un capteur de courant tel qu'une résistance shunt pour détecter un courant excessif devient inutile et une réduction des dimensions du dispositif de conversion d'énergie ainsi qu'un bas coût et une efficacité élevée de celui-ci peuvent être obtenus. De plus, si le procédé de commande de redressement synchrone est adopté en tant que commande de conversion d'énergie pour le moteur générateur lorsqu'il génère de l'électricité, un condensateur à grande capacité pour lisser la tension entre les bornes CC du dispositif de conversion d'énergie peut être éliminé. Lorsque le condensateur à grande capacité n'est pas utilisé, la tension entre les bornes CC du dispositif de conversion d'énergie chute instantanément à sensiblement 0 V lorsqu'une défaillance par court-circuit survient et, par la suite, le courant de court-circuit circule à partir de l'alimentation CC (batterie). Par conséquent, si la défaillance par court-circuit est détectée rapidement à partir de la chute de tension entre les bornes CC, de sorte que le commutateur à semi-conducteur est mis à l'arrêt en une seule fois, le commutateur à semi-conducteur peut être interrompu avant la circulation d'un courant élevé dû au court-circuit dans celui-ci. Par suite, il est possible de protéger le commutateur à semi-conducteur vis-à-vis d'une seconde interruption due à la circulation d'un courant élevé et à l'interruption de celui-ci, d'où la fiabilité de la protection vis-à-vis de la défaillance par court-circuit. De plus, la tension entre les bornes CC du dispositif de conversion d'énergie dans la commande de redressement synchrone devient plus basse lorsqu'une défaillance par court-circuit survient qu'en fonctionnement normal, et la tension chute plus rapidement et de manière plus importante lorsqu'une capacité du condensateur entre les bornes CC est plus petite. Par conséquent, si la valeur seuil de la tension entre les bornes de tension pour détecter une défaillance par court-circuit est fixée à une valeur inférieure à la tension minimale à laquelle la tension entre les bornes CC peut chuter en fonctionnement normal du circuit de conversion d'énergie, la défaillance par court-circuit peut être détectée. Par suite, l'état normal peut être clairement distingué de l'état au cours duquel survient une défaillance par court-circuit. Ainsi, une défaillance par court-circuit peut être facilement détectée en surveillant la tension entre les bornes CC et une détection inappropriée d'une défaillance par court-circuit peut être évitée. En outre, le cas dans lequel le MOSFET de puissance 6a de UH est mis en marche de manière inappropriée est donné à titre d'exemple dans tous les modes de réalisation 1 à 3 de la présente invention, mais ne doit pas être interprété comme une limitation. La détection d'une défaillance et la protection vis-à-vis de celle-ci peuvent être effectuées par le même principe également dans le cas où l'un quelconque des MOSFET de puissance 6a à 6f est mis en marche de manière inappropriée ou est interrompu consécutivement à une défaillance par court-circuit, ou le cas d'un court-circuit de la ligne de la borne B côté CC haute tension, d'un court-circuit de la ligne de la borne E côté CC basse tension ou d'un court-circuit entre les lignes de borne CA ou d'autres défaillances de la ligne de borne CA U, V ou W du dispositif de conversion d'énergie 1 en raison d'un contact mécanique entre celles-ci. De plus, la batterie 7 peut être un condensateur à grande capacité tel qu'un condensateur électrique 5 double couche.

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de conversion d'énergie (1) comprenant : un circuit de conversion d'énergie de type à pont triphasé (2) comprenant un commutateur à semi-conducteur comprenant une première borne principale, une deuxième borne principale et une borne de commande ; un circuit de commande (3) pour commander un fonctionnement du commutateur à semi-conducteur ; et un circuit de détection de tension (4) pour surveiller une tension entre des bornes CC du circuit de conversion d'énergie (2), dans lequel le circuit de commande (3) a pour fonction de protection d'éteindre le commutateur à semi-conducteur si la tension entre les bornes CC du circuit de conversion d'énergie (2), qui est détectée par le circuit de détection de tension (4), est inférieure à une valeur prédéterminée pendant une période prédéterminée ou plus.
  2. 2. Dispositif de conversion d'énergie (1) selon la revendication 1, dans lequel le circuit de commande (3) présente une valeur prédéterminée établie pour celui-ci qui est une tension inférieure à une tension minimale que le circuit de conversion d'énergie (2) peut atteindre en fonctionnement normal.
  3. 3. Dispositif de conversion d'énergie (1) selon la revendication 2, dans lequel le circuit de commande (3)commande le commutateur à semi-conducteur par un procédé de commande de mise en marche à une seule impulsion lorsque le circuit de conversion d'énergie (2) convertit une énergie CC en énergie CA.
  4. 4. Dispositif de conversion d'énergie (1) selon la revendication 3, dans lequel le circuit de commande (3) effectue une commande de mise en marche à une seule impulsion avec soit un angle de conduction de 180 degrés, soit un angle de conduction de 120 degrés en tant que procédé de commande de mise en marche à une seule impulsion.
  5. 5. Dispositif de conversion d'énergie (1) selon la revendication 2, dans lequel le circuit de commande (3) commande le commutateur à semi-conducteur par un procédé de commande de redressement synchrone pour la mise en marche du commutateur à semi-conducteur dans un intervalle de phase dans lequel chaque commutateur à semi-conducteur est mis en marche par un redressement d'onde entière triphasée dans le circuit de conversion d'énergie (2) lorsque le circuit de conversion d'énergie (2) convertit une énergie CA en énergie CC.
  6. 6. Dispositif de conversion d'énergie (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel l'un du procédé de commande de mise en marche à une seule impulsion et du procédé de commande de redressement synchrone est utilisé dans le circuit de commande (3) de sorte qu'un condensateur à grandecapacité pour lisser la tension entre les bornes CC est éliminé.
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