FR2990310A1 - Convertisseur electrique, dispositif de conversion d'un courant alternatif en un courant continu comportant un tel convertisseur, et borne de rechargement d'une batterie electrique comportant un tel convertisseur ou dispositif de conversion - Google Patents

Convertisseur electrique, dispositif de conversion d'un courant alternatif en un courant continu comportant un tel convertisseur, et borne de rechargement d'une batterie electrique comportant un tel convertisseur ou dispositif de conversion Download PDF

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Abstract

Ce convertisseur électrique (30), relié à un réseau alternatif comportant M phase(s), M >=1, comprend M borne(s) d'entrée (32), une première (34) et une deuxième (36) bornes intermédiaires, et deux bornes de sortie (38, 40), un premier étage de conversion (42), relié aux bornes d'entrée et comportant un redresseur de tension (48), et un deuxième étage de conversion (44), connecté en sortie du premier étage de conversion (42) et comprenant P branches de commutation (52A, 52B, 52C) connectées en parallèle entre les bornes intermédiaires, P >= 2. Chaque branche comporte un premier (54A, 54B, 54C) et un deuxième (56A, 56B, 56C) interrupteurs connectés en série et reliés entre eux par un point milieu (58A, 58B, 58C), le premier interrupteur étant connecté entre la première borne intermédiaire et le point milieu correspondant, et le deuxième interrupteur étant connecté entre la deuxième borne intermédiaire et le point milieu correspondant. Chaque interrupteur comporte un élément semi-conducteur (84) commutable entre un état passant et un état bloqué, et une diode (86) connectée en antiparallèle de l'élément semi-conducteur. Le convertisseur comprend des moyens (64) de commande des interrupteurs suivant une loi de commande. Le deuxième étage de conversion (44) comprend un condensateur (60) connecté entre les deux bornes de sortie et, pour chaque branche de commutation, une bobine électromagnétique (62A, 62B, 62C) connectée entre le condensateur et le point milieu correspondant. La loi de commande est telle que l'élément semi-conducteur (84) de chaque deuxième interrupteur (56A, 56B, 56C) est toujours à l'état bloqué.

Description

Convertisseur électrique, dispositif de conversion d'un courant alternatif en un courant continu comportant un tel convertisseur, et borne de rechargement d'une batterie électrique comportant un tel convertisseur ou dispositif de conversion La présente invention concerne un convertisseur électrique, propre à être relié à un réseau électrique alternatif comportant M phase(s), M étant supérieur ou égal à 1. Ce convertisseur comprend : - M borne(s) d'entrée, la ou chaque borne d'entrée correspondant à une phase du réseau alternatif, une première et une deuxième bornes intermédiaires, et deux bornes de sortie, - un premier étage de conversion, relié aux bornes d'entrée et comportant un redresseur de tension propre à convertir la tension alternative d'entrée en une tension continue intermédiaire délivrée entre les première et deuxième bornes intermédiaires, - un deuxième étage de conversion, connecté aux bornes intermédiaires en sortie du premier étage de conversion et comprenant P branches de commutation, P étant supérieur ou égal à 2, de préférence égal à 3, les branches de commutation étant connectées en parallèle entre les bornes intermédiaires, chaque branche de commutation comportant un premier et un deuxième interrupteurs électroniques commandables connectés en série et reliés entre eux par un point milieu, le premier interrupteur étant connecté entre la première borne intermédiaire et le point milieu correspondant, et le deuxième interrupteur étant connecté entre la deuxième borne intermédiaire et le point milieu correspondant, chaque interrupteur comportant un élément semi-conducteur et une diode connectée en antiparallèle de l'élément semi-conducteur, chaque élément semiconducteur étant commutable entre un état passant et un état bloqué, et - des moyens de commande des interrupteurs électroniques suivant une loi de commande. L'invention concerne également un dispositif de conversion d'un courant alternatif en un courant continu comportant un tel convertisseur électrique. L'invention concerne également une borne de rechargement d'une batterie électrique, notamment d'une batterie électrique de véhicule automobile, comprenant un tel convertisseur électrique ou un tel dispositif de conversion. L'invention s'applique en particulier à une borne de rechargement propre à délivrer en sortie une tension continue comprise entre 5 V et 1 kV, de préférence comprise entre 10 V et 500 V, et un courant continu compris entre 0 et 250 A, de préférence compris entre 0 et 125 A.
Afin de recharger une batterie électrique, on connaît un dispositif de conversion d'un courant alternatif en un courant continu, propre à être relié à un réseau électrique alternatif, tel qu'un réseau triphasé. Ce dispositif de conversion comprend un redresseur de tension connecté au réseau triphasé, le redresseur de tension étant formé d'un pont de diodes. Ce dispositif de conversion comprend également un convertisseur Buck connecté en sortie du redresseur de tension et propre à convertir la tension continue issue du redresseur en une autre tension continue de plus faible valeur. Le convertisseur Buck comprend deux bornes d'entrée, deux bornes de sortie, ainsi qu'un interrupteur et une diode connectés entre les bornes d'entrée et reliés entre eux par un point intermédiaire. Le convertisseur Buck comprend également un condensateur connecté entre les deux bornes de sortie et une bobine électromagnétique connectée entre une borne du condensateur et ledit point intermédiaire. L'interrupteur est un élément semi-conducteur, tel qu'un transistor. Toutefois, le transistor et la bobine électromagnétique sont relativement coûteux et présentent en outre un encombrement important, le transistor et la bobine électromagnétique étant dimensionnés pour permettre le passage de forts courants, tels que des courants de l'ordre de 100 A. Le but de l'invention est donc de proposer un convertisseur de moindre coût, tout en permettant le passage de forts courants, tels que des courants de l'ordre de 100 A.
A cet effet, l'invention a pour objet un convertisseur du type précité, caractérisé en ce que le deuxième étage de conversion comprend en outre un condensateur connecté entre les deux bornes de sortie et, pour chaque branche de commutation, une bobine électromagnétique connectée entre une borne du condensateur et le point milieu de la branche de commutation correspondante, et en ce que la loi de commande est telle que l'élément semi-conducteur de chaque deuxième interrupteur est toujours à l'état bloqué. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le convertisseur comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - les moyens de commande sont propres à commander les interrupteurs électroniques des branches de commutation, chacune suivant une loi de commutation, et les lois de commutation des branches de commutation sont décalées l'une de l'autre ; - les lois de commutation de chacune des branches sont de même fréquence et sont déphasées l'une de l'autre ; - le déphasage entre les lois de commutation de chacune des branches est égal à 360 °/P ; - M est égal à 3; - le convertisseur est propre à délivrer une tension continue comprise entre 5V et 1kV, de préférence comprise entre 10V et 500V, et un courant continu compris entre 0 A et 250 A, de préférence compris entre 0 A et 125 A ;et - le convertisseur comprend en outre une liaison de rebouclage connectée entre l'une des deux bornes de sortie et un filtre, le filtre étant connecté en sortie du redresseur de tension, la liaison de rebouclage permettant de contrôler la décharge du condensateur connecté entre les deux bornes de sortie. L'invention a également pour objet un dispositif de conversion d'un courant alternatif en un courant continu, le dispositif de conversion étant propre à être relié à un réseau électrique alternatif comportant M phase(s), M étant supérieur ou égal à 1, le dispositif de conversion comprenant : - un transformateur de tension comprenant un circuit primaire comportant M enroulement(s) primaire(s), un premier et un deuxième circuits secondaires comportant chacun M enroulement(s) secondaire(s), - un premier convertisseur électrique connecté au premier circuit secondaire, et - un deuxième convertisseur électrique connecté au deuxième circuit secondaire, caractérisé en ce que les premier et deuxième convertisseurs électriques sont chacun tel que défini ci-dessus..
Suivant un autre aspect avantageux de l'invention, le dispositif de conversion comprend la caractéristique suivante : - M est égal à 3, les trois enroulements primaires sont connectés en étoile, les trois enroulements secondaires du premier circuit secondaire sont connectés en triangle, et les trois enroulements secondaires du deuxième circuit secondaire sont connectés en étoile. L'invention a également pour objet une borne de rechargement d'une batterie électrique, notamment d'une batterie électrique de véhicule automobile, comprenant un boîtier et un connecteur électrique destiné à être relié électriquement à la batterie, caractérisée en ce qu'elle comprend un élément de conversion parmi un convertisseur électrique tel que défini ci-dessus et un dispositif de conversion tel que défini ci-dessus, l'élément de conversion étant disposé dans le boîtier. Suivant un autre aspect avantageux de l'invention, la borne de rechargement comprend en outre un câble de liaison électrique, agencé au moins partiellement à l'extérieur du boîtier et reliant le connecteur électrique à l'élément de conversion.
Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une borne de rechargement comportant un câble de liaison électrique muni d'un connecteur électrique enfiché dans un connecteur complémentaire d'un véhicule automobile, - la figure 2 est un schéma électrique d'un élément de conversion selon un premier mode de réalisation de l'invention, comprenant un premier étage de conversion et un deuxième étage de conversion connectés en sortie du premier étage, le deuxième étage comportant trois branches de commutation, chaque branche de commutation comportant un premier et un deuxième interrupteurs formés chacun d'un élément semi-conducteur et d'une diode connectée en antiparallèle de l'élément semi-conducteur, - la figure 3 est un ensemble de trois courbes représentant chacune la tension aux bornes d'un premier interrupteur correspondant, - la figure 4 est un ensemble de trois courbes représentant chacune le courant circulant dans l'élément semi-conducteur d'un premier interrupteur correspondant, - la figure 5 est un ensemble de trois courbes représentant chacune le courant circulant dans la diode d'un deuxième interrupteur correspondant, - la figure 6 un ensemble de deux courbes représentant respectivement le courant et la tension délivrés en sortie de l'élément de conversion de la figure 2, et - la figure 7 un schéma électrique de l'élément de conversion selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, une borne 10 de rechargement d'une batterie électrique 12 d'un véhicule automobile 14 comprend un boîtier 16 et un élément de conversion électrique 18 disposé dans le boîtier 16. La borne de rechargement 10 comprend également un connecteur électrique 20 destiné à être relié électriquement à la batterie 12. En complément, la borne 10 comprend un câble de liaison électrique 22, agencé au moins partiellement à l'extérieur du boîtier 16 et reliant le connecteur électrique 20 à l'élément de conversion 18.
En variante non représentée, la borne de rechargement 10 ne comporte pas de câble de liaison électrique agencé à l'extérieur du boîtier, le connecteur électrique 20 étant alors directement fixé sur le boîtier 16. Selon cette variante, le véhicule automobile 14 est équipé d'un câble de liaison électrique, afin de pouvoir relier la batterie électrique 12 au connecteur 20 de la borne de rechargement.
Le boîtier 16 est prévu pour protéger l'élément de conversion 18 de différentes conditions climatiques, notamment de la pluie, la borne de rechargement 10 étant disposée en voirie. L'élément de conversion 18 est relié à un réseau électrique alternatif 24 comportant M phases, M étant supérieur ou égal à 1. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, le réseau alternatif 24 est un réseau triphasé, et M est égal à 3. Le réseau triphasé 24 présente, par exemple, une tension de l'ordre de 400 V en triphasé et une fréquence égale à 50 Hz ou 60 Hz. L'élément de conversion 18 est propre à convertir le courant alternatif du réseau 24 en un courant continu. L'élément de conversion 18 est propre à délivrer une tension continue de sortie Vs comprise entre 5 V et 1 kV, de préférence comprise entre 10 V et 500 V, et un courant continu de sortie Is compris entre 0 A et 250 A, de préférence entre 0 A et 125 A, comme représenté sur la figure 6. L'élément de conversion 18 présente une puissance de sortie de l'ordre de 50 kW. L'ondulation du courant de sortie Is est inférieure à 6 A en crête à crête. Selon un premier mode de réalisation, l'élément de conversion 18 est un convertisseur électrique 30, visible sur la figure 2. Le convertisseur électrique 30 comprend M bornes d'entrée 32, la ou chaque borne d'entrée 32 correspondant à une phase du réseau alternatif 24, une première 34 et une deuxième 36 bornes intermédiaires, une borne positive de sortie 38 et une borne négative de sortie 40. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, le convertisseur 30 comprend trois bornes d'entrée 32, le convertisseur 30 étant destiné à être relié au réseau triphasé 24. Le convertisseur électrique 30 comprend un premier étage de conversion 42 connecté entre les bornes d'entrée 32 et les bornes intermédiaires 34, 36, un deuxième étage de conversion 44 connecté en sortie du premier étage 42, entre les bornes intermédiaires 34, 36 et les bornes de sortie 38, 40. Le convertisseur électrique 30 comprend également un organe 46 de commande du deuxième étage de conversion 44. Le premier étage de conversion 42 comporte un redresseur de tension 48, propre à convertir la tension alternative d'entrée en une tension continue intermédiaire et à délivrer la tension continue intermédiaire aux première et deuxième bornes intermédiaires 34, 36. En complément, le premier étage de conversion 42 comporte un filtre 50 connecté en sortie du redresseur de tension 48. Le deuxième étage de conversion 44 comporte P branches de commutation 52A, 52B, 520 connectées entre les bornes intermédiaires 34, 36, P étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, chaque branche de commutation 52A, 52B, 520 comportant un premier 54A, 54B, 540 et un deuxième 56A, 56B, 560 interrupteurs électroniques commandables, connectés en série et reliés entre eux par un point milieu 58A, 58B, 580. Les branches de commutation 52A, 52B, 520 sont connectées en parallèle entre les bornes intermédiaires 34, 36.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, P est égal à 3 et le deuxième étage de conversion 44 comprend une première 52A, une deuxième 52B et une troisième 520 branches de commutation. Par la suite, chaque référence comportant la lettre 'A' désigne un élément relatif à la première branche de commutation 52A, chaque référence comportant la lettre 'B' désigne un élément relatif à la deuxième branche de commutation 52B et chaque référence comportant la lettre 'C' désigne un élément relatif à la troisième branche de commutation 520. Le deuxième étage de conversion 44 comprend en outre un condensateur 60 connecté entre les deux bornes de sortie 38, 40 et, pour chaque branche de commutation 52A, 52B, 520, une bobine électromagnétique 62A, 62B, 620 connectée entre le point milieu 58A, 58B, 580 de la branche de commutation 52A, 52B, 520 correspondante et la borne du condensateur 60 reliée à la borne positive de sortie 38. En complément, le deuxième étage de conversion 44 comprend une résistance 63 de rebouclage connectée entre la borne positive de sortie 38 et le filtre 50, afin de contrôler la décharge du condensateur 60 connecté entre les deux bornes de sortie 38, 40. L'organe de commande 46 comporte des moyens 64 de commande des interrupteurs électroniques 54A, 54B, 540, 56A, 56B, 560 suivant une loi de commande. Le redresseur de tension 48 est, par exemple, en forme d'un pont mixte de thyristors 66 et de diodes 68, chaque thyristor 66 étant disposé entre une borne d'entrée 32 correspondante et la première borne intermédiaire 34 et chaque diode 68 étant disposée entre une borne d'entrée 32 correspondante et la deuxième borne intermédiaire 36. Le filtre 50 comporte deux bobines de filtrage 70 chacune étant connectée entre le redresseur de tension 48 et une borne intermédiaire 34, 36 correspondante. Le filtre 50 comprend également deux condensateurs de filtrage 72 connectés en série entre les bornes intermédiaires 34, 36 et deux résistances de filtrage 74, chacune étant connectée en parallèle d'un condensateur de filtrage 72 correspondant. Le filtre 50 comprend un interrupteur électronique 76 et une diode 78 connectés en série entre les bornes intermédiaires 34, 36, l'interrupteur électronique 76 étant formé d'un transistor 80 et d'une diode 82 connectée en antiparallèle du transistor 80. La diode 78 est connectée dans le sens passant de la deuxième borne intermédiaire 36 vers la première borne intermédiaire 34. Chaque premier interrupteur 54A, 54B, 54C est connecté entre la première borne intermédiaire 34 et le point milieu 58A, 58B, 58C correspondant, et chaque deuxième interrupteur 56A, 56B, 56C est connecté entre la deuxième borne intermédiaire 36 et le point milieu 58A, 58B, 58C correspondant. Chaque interrupteur 54A, 54B, 54C, 56A, 56B, 56C comporte un élément semi- conducteur 84 et une diode 86 connectée en antiparallèle de l'élément semi-conducteur 84, chaque élément semi-conducteur 84 étant commutable entre un état passant et un état bloqué. La résistance de rebouclage 63 est connectée entre, d'une part, la borne positive de sortie 38, et d'autre part, le point de connexion entre l'interrupteur électronique 76 et la diode 78 du filtre 50. La résistance de rebouclage permet de contrôler la décharge du condensateur 60 par commutation de l'interrupteur électronique 76 en vue de maintenir une tension constante en la borne positive de sortie 38. Les moyens de commande 64 sont propres à commander les éléments semiconducteurs 84 de chaque interrupteur suivant la loi de commande, et la loi de commande est telle que l'élément semi-conducteur 84 de chaque deuxième interrupteur 56A, 56B, 56C est toujours à l'état bloqué. Autrement dit, pour chaque deuxième interrupteur 56A, 56B, 56C, le courant est propre à circuler uniquement à travers la diode 86, celle-ci fonctionnant comme une diode de roue libre. En complément, dans l'exemple de réalisation de la figure 2, les moyens de commande 64 sont propres à commander les interrupteurs électroniques 54A, 54B, 54C, 56A, 56B, 56C des branches de commutation 52A, 52B, 52C, chacune suivant une loi de commutation propre, et les lois de commutation sont décalées l'une de l'autre. Les lois de commutation sont, par exemple, de même fréquence F et sont alors déphasées l'une de l'autre. Le déphasage entre les lois de commutation de chacune des branches 52A, 52B, 52C est, par exemple, égal à 360°/P, où P est le nombre de branches de commutation 52A, 52B, 52C. Autrement dit, dans l'exemple de réalisation de la figure 2, le déphasage entre les lois de commutation est égal à 1200 . L'homme du métier comprendra que le déphasage, exprimé ci-dessus en degrés, peut également être exprimé en radians, 21-r radians étant égal à 360°. L'homme du métier comprendra également que le déphasage entre les lois de commutation exprimé ci-dessus de manière angulaire peut également être exprimé de manière temporelle en divisant ledit déphasage exprimé en radians par une pulsation co, la pulsation w étant égale à 21-r x F radians/s, où F est la fréquence des lois de commutation. L'élément semi-conducteur 84 est par exemple un transistor, tel qu'un transistor bipolaire à grille isolée, également appelé transistor IGBT (de l'anglais Insulated Gate Bipolar Transistor). En variante, l'élément semi-conducteur 84 est un thyristor, tel qu'un thyristor GTO (de l'anglais Gate Tum Oft). Le fonctionnement de la borne de rechargement 10 va être à présent décrit. Lorsqu'un utilisateur connecte le connecteur électrique 20 de la borne de rechargement avec le connecteur complémentaire de son véhicule automobile 14 afin de recharger la batterie électrique 12, l'élément de conversion 18 est alors relié à la batterie électrique 12, afin de lui délivrer un courant continu à partir du courant alternatif du réseau 24. Le courant alternatif du réseau 24, présent au niveau des bornes d'entrée 32 de l'élément de conversion, est dans un premier temps converti en courant continu par le redresseur de tension 48 du premier étage de conversion, puis filtré par le filtre 50 dudit premier étage. La tension continue présente au niveau des bornes intermédiaires 34, 36 est alors convertie par le deuxième étage de conversion 44 en une autre tension continue de plus faible valeur. Pour ce faire, les moyens de commande 64 commandent cycliquement chacun des éléments semi-conducteurs 84 des premiers interrupteurs 54A, 54B, 540 de l'état bloqué à l'état passant, puis de l'état passant à l'état bloqué, pendant que les éléments semi-conducteurs 84 des deuxièmes interrupteurs 56A, 56B, 560 sont toujours à l'état bloqué. Le fonctionnement du deuxième étage de conversion 44 va être décrit plus en détail ci-après à l'aide des figures 3 à 6. La figure 3 illustre une première courbe 90A, une deuxième courbe 90B, une troisième courbe 900, représentant la tension aux bornes du premier interrupteur 54A de la première branche, respectivement du premier interrupteur 54B de la deuxième branche et respectivement du premier interrupteur 540 de la troisième branche.
La figure 4 illustre une quatrième courbe 92A, une cinquième courbe 92B, une sixième courbe 920, représentant le courant circulant dans l'élément semi-conducteur 84 du premier interrupteur 54A de la première branche, respectivement du premier interrupteur 54B de la deuxième branche et respectivement du premier interrupteur 540 de la troisième branche.
La figure 5 illustre une septième courbe 94A, une huitième courbe 94B, une neuvième courbe 940, représentant le courant circulant dans la diode 86 du deuxième interrupteur 56A de la première branche, respectivement du deuxième interrupteur 56B de la deuxième branche et respectivement du deuxième interrupteur 560 de la troisième branche. La figure 6 illustre enfin une dixième courbe 96 et une onzième courbe 98, représentant respectivement le courant Is et la tension Vs délivrés en sortie du convertisseur 30. Dans l'état passant de l'élément semi-conducteur 84 d'un premier interrupteur 54A, 54B, 540 donné, ledit premier interrupteur 54A, 54B, 540 est en position fermée, comme représenté sur la figure 3 par les paliers hauts des courbes 90A, 90B, 900, pour lesquels la valeur de la tension aux bornes du premier interrupteur 54A, 54B, 540 correspondant est d'environ 500 V et sensiblement constante. La tension aux bornes de la bobine électromagnétique 62A, 62B, 620 correspondante augmente linéairement, comme représenté sur la figure 4 par les segments inclinés vers le haut des courbes 92A, 92B, 920, pour lesquels la valeur du courant croît d'environ 18 A jusqu'à environ 23 A. La tension aux bornes de la diode 86 du deuxième interrupteur 56A, 56B, 56B connecté en série avec ledit premier interrupteur 54A, 54B, 540 en position fermée est négative, et aucun courant ne traverse alors ladite diode 86, comme représenté sur la figure 5 par les paliers bas des courbes 94A, 94B, 940, pour lesquels la valeur du courant est sensiblement nulle. Dans l'état bloqué de l'élément semi-conducteur 84 d'un premier interrupteur 54A, 54B, 540 donné, ledit premier interrupteur 54A, 54B, 540 est en position ouverte, comme représenté sur la figure 3 par les paliers bas des courbes 90A, 90B, 900, pour lesquels la valeur de la tension aux bornes du premier interrupteur 54A, 54B, 540 correspondant est sensiblement nulle et constante. La diode 86 du deuxième interrupteur 56A, 56B, 560 connecté en série avec ledit premier interrupteur 54A, 54B, 540 en position ouverte devient passante. Le courant circulant dans la bobine électromagnétique 62A, 62B, 620 correspondant décroît alors, comme représenté sur la figure 5 par les segments inclinés vers le bas des courbes 94A, 94B, 940, pour lesquels la valeur du courant décroît d'environ 23 A jusqu'à environ 18 A. L'ondulation de courant au niveau de chaque branche de commutation 52A, 52B, 520 est alors sensiblement égale à 5 A en crête à crête. En complément, les lois de commutation des premiers interrupteurs 54A, 54B, 540 sont décalées les unes des autres, comme représenté sur la figure 3 où les paliers bas des courbes 90A, 90B, 900 sont décalés les uns des autres. Les périodes de croissance et de décroissance du courant dans chacune des bobines électromagnétiques 62A, 62B, 620 sont alors également décalées d'une bobine électromagnétique à l'autre. Ce décalage des lois de commutation permet alors de limiter l'ondulation du courant continu délivré en sortie du convertisseur 30, comme représenté sur la figure 6.
La courbe 96 montre que l'ondulation du courant de sortie Is est sensiblement égale à 3 A en crête à crête, ce qui est donc inférieur à l'ondulation du courant circulant dans chacune des bobines électromagnétiques 62A, 62B, 620. Dans l'exemple de réalisation des figures 3 à 6, le courant continu Is délivré en sortie du convertisseur 30 est légèrement supérieur à 60 A, et la tension continue est d'environ 413 V. Ainsi, la connexion en parallèle des branches de commutation 52A, 52B, 520 et des bobines électromagnétiques 62A, 62B, 620 permet de délivrer un fort courant en sortie, de l'ordre de 100 A, pour une tension de l'ordre de 500 V, tout en ayant des éléments semi-conducteurs 84 et des bobines électromagnétiques 62A, 62B, 620 peu coûteux et peu encombrants. Le convertisseur électrique 30 selon l'invention présente un coût et un encombrement réduits. En outre, le convertisseur électrique 30 est particulièrement simple à réaliser puisqu'il suffit de connecter les bobines électromagnétiques 62A, 62B, 620 et le condensateur 60 en sortie d'un variateur de fréquence couramment commercialisé, le variateur de fréquences comportant de manière connue un redresseur de tension et un onduleur de tension connectés en sortie du redresseur. La loi de commande est ensuite modifiée de telle sorte que l'élément semi-conducteur 84 de chaque deuxième interrupteur 56A, 56B, 560 soit toujours à l'état bloqué. L'ajout des bobines 62A, 62B, 620 et du condensateur 60 à l'onduleur de tension du variateur de fréquence et la modification de la loi de commande des branches de commutation de l'onduleur permet alors d'obtenir le deuxième étage de conversion 44 propre à convertir une tension continue en une autre tension continue. Le convertisseur électrique 30 permet ainsi de délivrer en sortie une tension et un courant continu de valeurs variables dans la plage de fonctionnement souhaitée.
La figure 7 illustre un deuxième mode de réalisation de l'invention pour lequel les éléments analogues au premier mode de réalisation, décrits précédemment, sont repérés par des références identiques, et ne sont donc pas décrits à nouveau. Selon le deuxième mode de réalisation, l'élément de conversion 18 est un dispositif de conversion 100 comprenant un transformateur de tension 102 comportant un circuit primaire 104, un premier circuit secondaire 106 et un deuxième circuit secondaire 108.
Le dispositif de conversion 100 comprend un premier convertisseur électrique 110A connecté au premier circuit secondaire 106 et un deuxième convertisseur électrique 110B connecté au deuxième circuit secondaire 108. Le dispositif de conversion 100 comprend également une borne positive de sortie 111, une borne négative de sortie 112 et une diode 113 connectée entre les bornes positives de sortie 38 des convertisseurs 110A, 110B et la borne positive de sortie 111. Les bornes positives de sortie 38 du premier convertisseur 110A et du deuxième convertisseur 110B sont reliées entre elles. Les bornes négatives de sortie 40 du premier convertisseur 110A et du deuxième convertisseur 110B sont également reliées entre elles. Le circuit primaire 104 du transformateur comporte M enroulements primaires, non représentés, où M est le nombre de phases du réseau alternatif 24. Chaque circuit secondaire 106, 108 du transformateur comporte M enroulements secondaires, non représentés.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 7, le réseau alternatif 24 est un réseau triphasé, M est égal à trois, et les trois enroulements primaires sont connectés en étoile. Les trois enroulements secondaires du premier circuit secondaire 106 sont connectés en triangle, et les trois enroulements secondaires du deuxième circuit secondaire 108 sont connectés en étoile.
Chaque convertisseur électrique 110A, 110B comprend, de manière identique au premier mode de réalisation, un premier étage de conversion 42, un deuxième étage de conversion 44 connecté en sortie du premier étage 42 et un organe de commande 46. Le premier convertisseur électrique 110A est, par exemple, identique au deuxième convertisseur électrique 110B.
En complément, le deuxième étage de conversion 44 de chaque convertisseur 110A, 110B comprend, pour chaque branche de commutation 52A, 52B, 52C, un disjoncteur 114A, 114B, 114C connecté entre la bobine 62A, 62B, 62C correspondante et le condensateur 60. En complément, le deuxième étage de conversion 44 de chaque convertisseur 110A, 110B comprend une résistance 116 de rebouclage connectée entre, d'une part, la sortie des disjoncteurs 114A, 114B, 114C, et d'autre part, de manière analogue au premier mode de réalisation, le point de connexion entre l'interrupteur électronique 76 et la diode 78 du filtre 50. La résistance de rebouclage permet de contrôler la décharge du condensateur 60 par commutation de l'interrupteur électronique 76 en vue de maintenir une tension constante en la borne positive de sortie 38.
Le fonctionnement de ce deuxième mode de réalisation est analogue à celui du premier mode de réalisation, décrit précédemment, et n'est pas décrit à nouveau. Les avantages de ce deuxième mode de réalisation sont analogues à ceux du premier mode de réalisation, décrits précédemment.
Le dispositif de conversion 100 selon le deuxième mode de réalisation permet en outre d'améliorer la qualité d'énergie absorbée au niveau du réseau électrique 24 de par l'association en parallèle du premier convertisseur 110A et du deuxième convertisseur 110B via les deux circuits secondaires 106, 108 du transformateur 102. Le dispositif de conversion 100 permet alors de limiter le taux de distorsion harmonique vu du réseau alternatif 24 et d'obtenir une meilleure qualité d'énergie absorbée. On conçoit ainsi que l'élément de conversion 18 selon l'invention permet de réduire le coût et l'encombrement, tout en permettant le passage de forts courants, tels que des courants de l'ordre de 100 A.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1.- Convertisseur électrique (30; 110A, 110B), propre à être relié à un réseau électrique alternatif (24) comportant M phase(s), M étant supérieur ou égal à 1, le convertisseur (30; 110A, 110B) comprenant : - M borne(s) d'entrée (32), la ou chaque borne d'entrée (32) correspondant à une phase du réseau alternatif (24), une première (34) et une deuxième (36) bornes intermédiaires, et deux bornes de sortie (38, 40), - un premier étage de conversion (42), relié aux bornes d'entrée (32) et comportant un redresseur de tension (48) propre à convertir la tension alternative d'entrée en une tension continue intermédiaire délivrée entre les première et deuxième bornes intermédiaires (34, 36), - un deuxième étage de conversion (44), connecté aux bornes intermédiaires (34, 36) en sortie du premier étage de conversion (42) et comprenant P branches de commutation, P étant supérieur ou égal à 2, de préférence égal à 3, les branches de commutation (52A, 52B, 52C) étant connectées en parallèle entre les bornes intermédiaires (34, 36), chaque branche de commutation (52A, 52B, 52C) comportant un premier (54A, 54B, 54C) et un deuxième (56A, 56B, 56C) interrupteurs électroniques commandables connectés en série et reliés entre eux par un point milieu (58A, 58B, 58C), le premier interrupteur (54A, 54B, 54C) étant connecté entre la première borne intermédiaire (34) et le point milieu (58A, 58B, 58C) correspondant, et le deuxième interrupteur (56A, 56B, 56C) étant connecté entre la deuxième borne intermédiaire (36) et le point milieu (58A, 58B, 58C) correspondant, chaque interrupteur (54A, 54B, 54C, 56A, 56B, 56C) comportant un élément semi-conducteur (84) et une diode (86) connectée en antiparallèle de l'élément semi-conducteur (84), chaque élément semi-conducteur (84) étant commutable entre un état passant et un état bloqué, - des moyens (64) de commande des interrupteurs électroniques (54A, 54B, 54C, 56A, 56B, 56C) suivant une loi de commande, caractérisé en ce que le deuxième étage de conversion (44) comprend en outre un condensateur (60) connecté entre les deux bornes de sortie (38, 40) et, pour chaque branche de commutation (52A, 52B, 52C), une bobine électromagnétique (62A, 62B, 62C) connectée entre une borne du condensateur (60) et le point milieu (58A, 58B, 58C) de la branche de commutation correspondante, et en ce que la loi de commande est telle que l'élément semi-conducteur (84) de chaque deuxième interrupteur (56A, 56B, 56C) est toujours à l'état bloqué.
    2.- Convertisseur (30; 110A, 110B) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de commande (64) sont propres à commander les interrupteurs électroniques (54A, 54B, 54C, 56A, 56B, 56C) des branches de commutation (52A, 52B, 52C), chacune suivant une loi de commutation, et les lois de commutation des branches de commutation (52A, 52B, 52C) sont décalées l'une de l'autre.
    3.- Convertisseur (30; 110A, 110B) selon la revendication 2, dans lequel les lois de commutation de chacune des branches (52A, 52B, 52C) sont de même fréquence (F) et sont déphasées l'une de l'autre.
    4.- Convertisseur (30; 110A, 110B) selon la revendication 3, dans lequel le déphasage entre les lois de commutation de chacune des branches (52A, 52B, 52C) est égal à 360°/P.
    5.- Convertisseur (30; 110A, 110B) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel M est égal à 3.
    6.- Convertisseur (30; 110A, 110B) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le convertisseur (30; 110A, 110B) est propre à délivrer une tension continue (Vs) comprise entre 5V et 1kV, de préférence comprise entre 10V et 500V, et un courant continu (1s) compris entre 0 A et 250 A, de préférence compris entre 0 A et 125 A.
    7.- Convertisseur (30; 110A, 110B) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le convertisseur (30; 110A, 110B) comprend en outre une liaison (63 ; 116) de rebouclage connectée entre l'une (38) des deux bornes de sortie et un filtre (50), le filtre (50) étant connecté en sortie du redresseur de tension (48), la liaison de rebouclage (63; 116) permettant de contrôler la décharge du condensateur (60) connecté entre les deux bornes de sortie (38, 40).
    8.- Dispositif (100) de conversion d'un courant alternatif en un courant continu, le dispositif de conversion (100) étant propre à être relié à un réseau électrique alternatif (24) comportant M phase(s), M étant supérieur ou égal à 1, le dispositif de conversion (100) comprenant :- un transformateur de tension (102) comprenant un circuit primaire (104) comportant M enroulement(s) primaire(s), un premier (106) et un deuxième (108) circuits secondaires comportant chacun M enroulement(s) secondaire(s), - un premier convertisseur électrique (110A) connecté au premier circuit secondaire (106), et - un deuxième convertisseur électrique (110B) connecté au deuxième circuit secondaire (108), caractérisé en ce que les premier et deuxième convertisseurs électriques (110A, 110B) sont chacun conformes à l'une quelconque des revendications précédentes.
    9.- Dispositif (100) selon la revendication 8, dans lequel M est égal à 3, les trois enroulements primaires sont connectés en étoile, les trois enroulements secondaires du premier circuit secondaire (106) sont connectés en triangle, et les trois enroulements secondaires du deuxième circuit secondaire (108) sont connectés en étoile.
    10.- Borne (10) de rechargement d'une batterie électrique (12), notamment d'une batterie électrique (12) de véhicule automobile (14), comprenant un boitier (16) et un connecteur électrique (20) destiné à être relié électriquement à la batterie (12), caractérisée en ce qu'elle comprend un élément de conversion (18) parmi un convertisseur électrique (30; 110A, 110B) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6 et un dispositif de conversion (100) conforme à la revendication 8 ou 9, l'élément de conversion (18) étant disposé dans le boîtier (16).
    11.- Borne de rechargement (10) selon la revendication 10, dans laquelle la borne (10) comprend en outre un câble de liaison électrique (22), agencé au moins partiellement à l'extérieur du boîtier (16) et reliant le connecteur électrique (20) à l'élément de conversion (18).
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