FR3075509A1 - Dispositif d'alimentation d'une machine electrique et systeme electrique associe - Google Patents

Dispositif d'alimentation d'une machine electrique et systeme electrique associe Download PDF

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Abstract

Le dispositif d'alimentation (104) comporte un convertisseur de tension (106) comportant: au moins un bras de hachage (108U, 108V, 108W, 108X, 108Y, 108Z), une unité de traitement (114) conçue pour fournir des commandes de basse tension (hsU, hsV, hsW, hsX, hsY, hsZ, lsU, lsV, lsW, lsX, lsY, lsZ) des interrupteurs (110U, 110V, 110W, 110X, 110Y, 110Z, 112U, 112V, 112W, 112X, 112Y, 112Z), un étage de pilotage de côté haut (116) conçu pour piloter les interrupteurs de côté haut (110U, 110V, 110W, 110X, 110Y, 110Z) et un étage de pilotage de côté bas (118) conçu pour piloter les interrupteurs de côté bas (112U, 112V, 112W, 112X, 112Y, 112Z). Le dispositif d'alimentation (104) comporte en outre une alimentation de côté haut (120) conçue pour alimenter l'étage de pilotage de côté haut (116), et une alimentation de côté bas (122) indépendante de l'alimentation de côté haut (120), conçue pour alimenter l'étage de pilotage de côté bas (122).

Description

DISPOSITIF D’ALIMENTATION D’UNE MACHINE ÉLECTRIQUE ET SYSTÈME
ÉLECTRIQUE ASSOCIÉ
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un dispositif d’alimentation d’une machine électrique et un système électrique associé.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Le brevet européen publié sous le numéro EP 0 521 709 B1 décrit un dispositif d’alimentation d’une machine électrique du type comportant :
- un convertisseur de tension comportant :
- au moins un bras de hachage comportant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas connectés l’un à l’autre en un point milieu destiné à être connecté à une extrémité d’un phase de la machine électrique, les interrupteurs étant conçu pour respectivement recevoir des commandes de haute tension,
- une unité de traitement conçue pour fournir des commandes de basse tension des interrupteurs,
- un étage de pilotage de côté haut conçu pour piloter les interrupteurs de côté haut en amplifiant les commandes de basse tension des interrupteurs de côté haut pour respectivement leur fournir les commandes de haute tension,
- un étage de pilotage de côté bas conçu pour piloter les interrupteurs de côté bas en amplifiant les commandes de basse tension des interrupteurs de côté bas pour respectivement leur fournir les commandes de haute tension.
L’invention a pour but de proposer un dispositif d’alimentation d’une machine électrique présentant une fiabilité accrue.
RÉSUMÉ DE L’INVENTION
À cet effet, il est proposé un dispositif d’alimentation d’une machine électrique du type précité, caractérisé en ce qu’il comporte en outre :
- une alimentation de côté haut conçue pour alimenter l’étage de pilotage de côté haut,
- une alimentation de côté bas indépendante de l’alimentation de côté haut, conçue pour alimenter l’étage de pilotage de côté bas.
Grâce à l’invention, en cas de défaillance d’une alimentation, l’autre alimentation alimente toujours un étage de pilotage qui peut donc continuer à piloter les interrupteurs d’un côté et permettre de mettre la machine électrique dans un état sécurisé.
De façon optionnelle, le convertisseur de tension connecte la machine électrique à une première source de tension continue et l’une parmi l’alimentation de côté haut et l’alimentation de côté bas comporte la première source de tension continue.
De façon optionnelle également, l’alimentation de côté haut comporte la première source de tension continue.
De façon optionnelle également, la première source de tension continue comporte une batterie.
De façon optionnelle également, chaque étage de pilotage comporte au moins deux pilotes pilotant chacun plusieurs interrupteurs d’un même côté.
De façon optionnelle également, l’unité de traitement est conçue pour fournir, à chaque pilote, un signal de désactivation des interrupteurs pilotés par ce pilote.
De façon optionnelle également, chaque pilote est sous la forme d’un composant électrique comportant un boîtier et des broches de connexion dépassant du boîtier.
De façon optionnelle également, chaque étage de pilotage comporte trois pilotes pilotant chacun deux interrupteurs d’un même côté.
De façon optionnelle également, chaque étage de pilotage comporte deux pilotes pilotant chacun trois interrupteurs d’un même côté.
est également proposé un système électrique comportant :
- une machine électrique,
- un dispositif d’alimentation selon l’invention, de la machine électrique.
De façon optionnelle, la machine électrique comporte deux système triphasés comportant chacun trois phases, et les trois interrupteurs pilotés par chaque pilote appartiennent respectivement à trois bras de hachage dont les points milieux sont respectivement connectés à des extrémités des trois phases d’un même système triphasé.
DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 est un schéma électrique d’un système électrique mettant en œuvre l’invention.
La figure 2 est un schéma électrique d’une variante du système électrique de la figure 1.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
En référence à la figure 1, un système électrique 100 mettant en œuvre l’invention va à présent être décrit.
Le système électrique 100 comporte tout d’abord une machine électrique 102 comportant plusieurs phases (non représentées). Dans l’exemple décrit, la machine électrique 102 comporte deux systèmes triphasés comportant chacun trois phases en montage en étoile. Les deux systèmes triphasés sont destinés à être électriquement déphasés de 120° l’un par rapport à l’autre. La machine électrique 102 comporte ainsi deux fois trois phases, appelées respectivement U, V, W et X, Y, Z. Par la suite, les éléments du système électrique 100 se rapportant aux trois phases U, V, W du premier système triphasé seront repérés par les indices U, V, W, tandis que les éléments se rapportant aux trois phases X, Y, Z du deuxième système triphasé seront repérés par les indices X, Y, Z. De préférence, la machine électrique 102 est une machine électrique à aimant permanent. Par exemple, la machine électrique 102 est de type GMG (pour « Gear Motor Generator ») ou bien de type CMG (pour « Crankshaft Motor Generator »).
Le système électrique 100 comporte en outre un dispositif d’alimentation électrique 104 de la machine électrique 102.
Le dispositif d’alimentation électrique 104 comporte tout d’abord une source de tension continue 105, telle qu’une batterie, conçue pour fournir une tension continue E par exemple de 48 V.
Le dispositif d’alimentation électrique 104 comporte en outre un convertisseur de tension 106 destiné à connecter ensemble la machine électrique 102 et la source de tension continue 105 en effectuant une conversion de tension. Le convertisseur de tension 106 peut fonctionner en onduleur et/ou en redresseur suivant le sens de propagation de l’énergie électrique entre la machine électrique et la source de tension continue 105. Le convertisseur de tension 106 comporte, dans l’exemple décrit, un bras de hachage par phase U, V, W, X, Y, Z de la machine électrique 102. Ainsi, le convertisseur de tension 106 comporte six bras de hachage 108u, 108v, 108w, 108χ, 108γ, 108z. Chaque bras de hachage 108u, 108v, 108w, 108χ, 108γ, 108z comporte un interrupteur de côté haut 110u, 110v, 110w, ΙΙΟχ, 110γ, 110z et un interrupteur de côté bas 112u, 112v, 112w, 112χ, 112γ, 112z, connectés l’un à l’autre en un point milieu connecté à une extrémité respective d’une phase U, V, W, X, Y, Z de la machine électrique 102. Les interrupteurs 110, 112 sont conçus pour respectivement recevoir des commandes de haute tension HSu, HSv, HSw, HSx, HSy, HSz, LSu, LSv, LSw, LSx, LSy, LSz. Chaque commande de haute tension est par exemple destinée à prendre une première valeur commandant l’interrupteur 110, 112 à l’état fermé et une deuxième valeur commandant l’interrupteur 110, 112 à l’état ouvert. La première valeur est par exemple inférieure à 5 V, par exemple 0 V. La deuxième valeur est par exemple supérieure à 10 V, par exemple 12 V.
Le convertisseur de tension 106 comporte en outre une unité de traitement 114 conçue pour fournir des commandes de basse tension hsu, hsv, hsw, hsx, hsy, hsz, lsu, lsv, lsw, lsx, lsy, lsz des interrupteurs 110, 112. Chaque commande de basse tension est par exemple destinée à prendre une première valeur commandant l’interrupteur 110, 112 à l’état fermé et une deuxième valeur commandant l’interrupteur 110, 112 à l’état ouvert. La première valeur est par exemple inférieure à 1 V, par exemple 0 V. La deuxième valeur est par exemple supérieure à 4 V, par exemple 5 V. En tout cas, la deuxième valeur des commandes de basse tension est inférieure à la deuxième valeur des commandes de haute tension.
Ainsi, pour amplifier les basses tensions en hautes tensions attendues par les interrupteurs, le convertisseur de tension 106 comporte en outre un étage de pilotage de côté haut 116 et un étage de pilotage de côté bas 118. L’étage de pilotage de côté haut 116 est conçu pour piloter les interrupteurs de côté haut 110u, 110v, 110w, ΙΙΟχ, 110γ, 110z en amplifiant les commandes de basse tension hsu, hsv, hsw, hsx, hsy, hsz des interrupteurs de côté haut 110u, 110v, 110w, ΙΙΟχ, 110y, 110z pour respectivement leur fournir les commandes de haute tension HSu, HSv, HSw, HSx, HSy, HSz. De manière similaire, l’étage de pilotage de côté bas 118 est conçu pour piloter les interrupteurs de côté bas 112u, 112v, 112w, 112χ, 112γ, 112z en amplifiant les commandes de basse tension lsu, lsv, lsw, lsx, lsy, lsz des interrupteurs de côté bas 112u, 112v, 112w, 112χ, 112γ, 112z pour respectivement leur fournir les commandes de haute tension LSu, LSv, LSw, LSx, LSy, LSz.
Pour alimenter électriquement les étages de pilotage 116, 118, le dispositif d’alimentation électrique 104 comporte en outre une alimentation de côté haut 120 conçue pour alimenter l’étage de pilotage de côté haut 116 et une alimentation de côté bas 122 conçue pour alimenter l’étage de pilotage de côté bas 118. Les alimentations 120, 122 sont indépendantes l’une de l’autre, de sorte que l’arrêt de l’une n’entraîne pas l’arrêt de l’autre. Dans l’exemple décrit, l’alimentation de côté haut 120 peut comporter la première source de tension continue 105 ainsi qu’un convertisseur électrique 124. En outre, l’alimentation de côté bas 122 comporte une deuxième source de tension continue 126, distincte de la première source de tension continue 105, et un autre convertisseur électrique 128. La source de tension continue 126 est par exemple une batterie et délivre par exemple une tension continue de 12 V.
Par ailleurs, dans l’exemple décrit, chaque étage de pilotage 116, 118 comporte trois pilotes 116uv, 116wx, 116γζ et 118uv, 118wx, 118γζ pilotant chacun deux interrupteurs d’un même côté. Ainsi, les pilotes 116uv, 116wx, 116yz sont respectivement dédiés aux interrupteurs de côté haut 110u et 110v, 110w et HOx, et 110γ et 110z. De même, les pilotes 118uv, 118wx, 118γζ sont respectivement dédiés aux interrupteurs de côté bas 112u et 112v, 112w et 112x, etll2Y etll2z.
Chaque pilote 116uv, 116wx, 116γζ, 118uv, 118wx> 118γζ est de préférence sous la forme d’un composant électrique comportant un boîtier et des broches de connexion dépassant du boîtier. 11 existe déjà de tels composants électriques, mais ils sont destinés à piloter les deux interrupteurs d’un même bras de hachage. Ce détournement de leur utilisation habituelle permet d’avoir à disposition, pour la mise en œuvre de l’invention, des pilotes produits en grande quantité et donc à un coût intéressant.
Par ailleurs, l’unité de traitement 114 est conçue pour pouvoir fournir, à chaque pilote 116uv, 116wx, 116γζ, 118uv, 118wx> 118γζ, un signal de désactivation d_hsuv, d_hswx, d_hsYz, d_lsuv, d_lswx, djsyz des interrupteurs pilotés par ce pilote. Ainsi, chaque pilote 116uv, 116wx, 116γζ, 118uv, 118wx, 118yz recevant un tel signal de désactivation est conçu pour placer les interrupteurs qu’il pilote dans un état prédéterminé, dans l’exemple décrit, dans l’état fermé. En particulier, dans l’exemple décrit, chaque pilote comporte une unique broche destinée à recevoir le signal de défaillance. Ainsi, un unique signal de défaillance permet de fermer plusieurs interrupteurs à la fois.
En cas de défaillance, il est nécessaire de mettre la machine électrique 102 dans un état de sécurité. Dans le cas d’une machine à aimants permanents, cet état de sécurité est le court-circuit des phases. Ainsi, en cas de défaillance d’un élément de système électrique 100, cette défaillance ayant soit été détectée par l’unité de traitement 114, soit indiquée à cette dernière, l’unité de traitement 114 est conçue pour fournir un signal de désactivation à tous les pilotes d’un même côté. Ainsi, toutes les phases de la machine électrique 102 sont placées en court-circuit avec soit la masse soit la tension continue E. Par exemple, si l’interrupteur de côté haut 110u est bloqué à l’état ouvert, l’unité de traitement fournira des signaux de désactivation d_lsuv, djswx, d_lsyz respectivement aux pilotes 118uv, 118wx, 118γζ.
Une variante de réalisation de l’invention est illustrée sur la figure 2. Dans cette variante, chaque étage de pilotage 116, 118 comporte deux pilotes llôuvw, Ιΐβχγζ, 118uvw, 118χγζ pilotant chacun trois interrupteurs 110u, 110v, 110w, HOx, 110y, 110z, 112u, 112v, 112w, 112χ, 112y, 112z d’un même côté. De préférence, les trois interrupteurs pilotés par chaque pilote 116uvw, Ιΐβχγζ, 118uvw, 118χγζ appartiennent respectivement à trois bras de hachage 108u, 108v, 108w, 108χ, 108γ, 108z dont les points milieux sont respectivement connectés à des extrémités des trois phases d’un même système triphasé.
Ainsi, en cas de défaillance, l’unité de traitement 114 est de préférence conçue pour pouvoir envoyer un signal de désactivation à un seul pilote 116uvw, Ιΐβχγζ, 118uvw, 118χγζ, de manière à désactiver seulement un des systèmes triphasés tout en permettant à l’autre de continuer à fonctionner.
La présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. 11 sera en effet apparent à l’homme du métier que des modifications peuvent y être apportées.
Par ailleurs, les termes utilisés ne doivent pas être compris comme limités aux éléments des modes de réalisation décrits précédemment, mais doivent au contraire être compris comme couvrant tous les éléments équivalents que l’homme du métier peut déduire à partir de ses connaissances générales.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif d’alimentation (104) d’une machine électrique (102) comportant :
    - un convertisseur de tension (106) comportant :
    - au moins un bras de hachage (108u, 108v, 108w, 108χ, 108γ, 108z) comportant un interrupteur de côté haut (110u, 110v, 110w, ΙΙΟχ, 110γ, 110z) et un interrupteur de côté bas (112u, 112v, 112w, 112x, 112γ, 112z) connectés l’un à l’autre en un point milieu destiné à être connecté à une extrémité d’un phase de la machine électrique (102), les interrupteurs (110u, 110v, 110w, ΙΙΟχ, 110γ, 110z, 112u, 112v, 112w, 112χ, 112γ, 112z) étant conçu pour respectivement recevoir des commandes de haute tension (HSu, HSv, HSw, HSx, HSy, HSz, LSu, LSv, LSw, LSx, LSy, LSz),
    - une unité de traitement (114) conçue pour fournir des commandes de basse tension (hsu, hsv, hsw, hsx, hsy, hsz, lsu, lsv, lsw, lsx, Isy, lsz) des interrupteurs (110u, 110v, 110w, ΙΙΟχ, 110γ, 110z, 112u, 112v, 112w, H2x, 112Y, 112z),
    - un étage de pilotage de côté haut (116) conçu pour piloter les interrupteurs de côté haut (110u, 110v, 110w, ΙΙΟχ, 110γ, 110z) en amplifiant les commandes de basse tension (hsu, hsv, hsw, hsx, hsy, hsz) des interrupteurs de côté haut (110u, 110v, 110w, ΙΙΟχ, 110γ, 110z) pour respectivement leur fournir les commandes de haute tension (HSu, HSv, HSw, HSx, HSy, HSz),
    - un étage de pilotage de côté bas (118) conçu pour piloter les interrupteurs de côté bas (112u, 112v, 112w, 112χ, 112γ, 112z) en amplifiant les commandes de basse tension (lsu, lsv, lsw, lsx, Isy, lsz) des interrupteurs de côté bas (112u, 112v, 112w, 112χ, 112γ, 112z) pour respectivement leur fournir les commandes de haute tension (LSu, LSy, LSw, LSx, LSy, LSz), le dispositif d’alimentation (104) étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre :
    - une alimentation de côté haut (120) conçue pour alimenter l’étage de pilotage de côté haut (116),
    - une alimentation de côté bas (122) indépendante de l’alimentation de côté haut (120), conçue pour alimenter l’étage de pilotage de côté bas (122).
  2. 2. Dispositif d’alimentation (104) selon la revendication 1, dans lequel le convertisseur de tension (106) connecte la machine électrique (102) à une première source de tension continue (105) et dans lequel l’une parmi l’alimentation de côté haut (120) et l’alimentation de côté bas (122) comporte la première source de tension continue (105).
  3. 3. Dispositif d’alimentation (104) selon la revendication 2, dans lequel l’alimentation de côté haut (120) comporte la première source de tension continue (105).
  4. 4. Dispositif d’alimentation (104) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la première source de tension continue (105) comporte une batterie.
  5. 5. Dispositif d’alimentation (104) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque étage de pilotage (116, 118) comporte au moins deux pilotes (116uv, 116wx, 116χγ, 118uv, 118wx, 118χγ) pilotant chacun plusieurs interrupteurs d’un même côté.
  6. 6. Dispositif d’alimentation (104) selon la revendication 5, dans lequel l’unité de traitement (114) est conçue pour fournir, à chaque pilote (116uv, 116wx, 116χγ, 118uv, 118wx, 118χγ), un signal de désactivation (d_hsuv) des interrupteurs (110u, 110v, 110w, ΙΙΟχ, 110γ, 110z, 112u, 112v, 112w, 112χ, 112γ, 112z) pilotés par ce pilote (116uv, 116wx, 116χγ, 118uv, 118wx, 118χγ).
  7. 7. Dispositif d’alimentation (104) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel chaque pilote est sous la forme d’un composant électrique comportant un boîtier et des broches de connexion dépassant du boîtier.
  8. 8. Dispositif d’alimentation (104) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel chaque étage de pilotage (116, 118) comporte trois pilotes (116uv, 116wx, 116χγ, 118uv, 118wx, 118χγ) pilotant chacun deux interrupteurs d’un même côté.
  9. 9. Dispositif d’alimentation (104) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel chaque étage de pilotage (116, 118) comporte deux pilotes (116uvw, 116χγζ, 118uvw, 118χγζ) pilotant chacun trois interrupteurs (110u, 110v, 110w, ΙΙΟχ, 110γ, 110z, 112u, 112v, 112w, 112χ, 112γ, 112z) d’un même côté.
  10. 10. Système électrique (100) comportant :
    - une machine électrique (102),
    - un dispositif d’alimentation (104) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 de la machine électrique (102).
  11. 11. Système électrique (100) selon la revendication 10, dans lequel le dispositif d’alimentation (104) est conforme à la revendication 9, dans lequel la machine électrique (102) comporte deux système triphasés comportant chacun trois phases, et dans lequel les trois interrupteurs pilotés par chaque pilote (116uvw, 116χγζ, 118uvw, 118χγζ) appartiennent respectivement à trois bras de hachage (108u, 108v, 108w, 108χ, 108γ, 108z) dont les points milieux sont respectivement connectés à des extrémités des trois phases d’un même système triphasé.
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