FR3136323A1 - Electrical system comprising three electrical converters - Google Patents
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Abstract
Système électrique comprenant trois convertisseurs électriques. Système électrique (10) comprenant trois convertisseurs électriques (32,34,36) connectés en série les uns par rapport aux autres, par leurs bornes continues, entre des premier et deuxième terminaux continus et un dispositif de transformation d’énergie électrique (40) comprenant des premier, deuxième et troisième enroulements primaires (42a,44a,46a) connectés à des bornes alternatives des convertisseurs électriques, le premier convertisseur électrique (32) comprenant un élément convertisseur électrique (60) connecté en cascade avec un étage d’adaptation de niveau de tension (50), le système électrique pouvant adopter un premier mode de fonctionnement dans lequel l’élément convertisseur électrique est configuré pour délivrer une tension alternative à partir d’une tension continue fournie par l’étage d’adaptation de niveau de tension et un deuxième mode de fonctionnement dans lequel l’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour délivrer une tension continue inférieure à une tension continue fournie par l’élément convertisseur électrique. Figure pour l’abrégé : Fig. 2.Electrical system comprising three electrical converters. Electrical system (10) comprising three electrical converters (32,34,36) connected in series with each other, by their continuous terminals, between first and second continuous terminals and an electrical energy transformation device (40) comprising first, second and third primary windings (42a,44a,46a) connected to alternating terminals of the electrical converters, the first electrical converter (32) comprising an electrical converter element (60) connected in cascade with an adaptation stage voltage level (50), the electrical system being able to adopt a first mode of operation in which the electrical converter element is configured to deliver an alternating voltage from a direct voltage supplied by the voltage level adaptation stage and a second mode of operation in which the voltage level adaptation stage is configured to deliver a DC voltage lower than a DC voltage supplied by the electrical converter element. Figure for abstract: Fig. 2.
Description
La présente invention concerne le domaine technique des systèmes électriques permettant de convertir une tension continue en une tension alternative et/ou inversement. La présente invention concerne notamment le domaine des systèmes électrique tels que des convertisseurs de tension, adaptés pour fonctionner à des faibles puissances, de préférence à des puissances inférieures à 1 Mégawatt (MW), et permettant de convertir une moyenne tension continue, par exemple comprise entre 3 kilovolts et 20 kilovolts, en une tension alternative et/ou inversement. De tels système électriques trouvent notamment leur utilité en ville, dans des stations urbaines, pour la distribution domestique du courant. Dans le cadre d’une telle application, il est généralement nécessaire de convertir une tension continue d’entrée d’environ 10 kilovolts en une tension alternative d’environ 400 volts à distribuer. En outre, bien qu’aujourd’hui la distribution domestique de courant soit réalisée en courant alternatif, il n’est pas à exclure que, dans le futur, la distribution se fera en courant continu.The present invention relates to the technical field of electrical systems making it possible to convert a direct voltage into an alternating voltage and/or vice versa. The present invention relates in particular to the field of electrical systems such as voltage converters, adapted to operate at low powers, preferably at powers less than 1 Megawatt (MW), and making it possible to convert a medium direct voltage, for example included between 3 kilovolts and 20 kilovolts, in an alternating voltage and/or vice versa. Such electrical systems are particularly useful in cities, in urban stations, for domestic power distribution. In such an application, it is generally necessary to convert an input DC voltage of approximately 10 kilovolts into an AC voltage of approximately 400 volts to be distributed. Furthermore, although today domestic power distribution is carried out using alternating current, it cannot be excluded that, in the future, distribution will be carried out using direct current.
On connait des systèmes électriques permettant de convertir une tension continue en une tension alternative et/ou inversement adaptés pour fonctionner à des hautes puissances, de préférence des puissances comprises entre 10 MW et 20 MW. On connait par exemple un système électrique pour réaliser une conversion DC/AC110selon l’art antérieur, illustré en
Le point milieu de chacun des bras est relié électriquement à l’enroulement primaire124ad’un transformateur124. L’enroulement secondaire124bde ce transformateur est relié électriquement aux premier, deuxième et troisième terminaux continus.The midpoint of each of the arms is electrically connected to the primary winding 124a of a transformer 124 . The secondary winding 124b of this transformer is electrically connected to the first, second and third DC terminals.
Un inconvénient de ce système électrique est qu’il n’est pas adapté et est surdimensionné pour une application à faible puissance et moyenne tension, notamment pour des applications urbaines de distribution de courant domestique. En particulier, afin de délivrer une tension alternative triphasée d’environ 400 volts à partir d’une tension continue d’environ 10 kilovolts, ce système électrique comprend nécessairement trois bras, à raison d’un par phase. En outre, afin de supporter la tension continue d’entrée, ce système électrique impose de connecter en série dans chaque demi-bras de nombreux éléments de commutation, en l’espèce au moins trois transistors IGBT tels que disponibles dans le commerce, aptes à supporter chacun une tension de 3600 volts, pour que le système électrique puisse supporter la tension continue d’entrée de 10 kilovolts.A disadvantage of this electrical system is that it is not suitable and is oversized for a low power and medium voltage application, in particular for urban domestic power distribution applications. In particular, in order to deliver a three-phase alternating voltage of approximately 400 volts from a direct voltage of approximately 10 kilovolts, this electrical system necessarily includes three arms, one per phase. Furthermore, in order to support the direct input voltage, this electrical system requires connecting in series in each half-arm numerous switching elements, in this case at least three IGBT transistors such as are commercially available, capable of each support a voltage of 3600 volts, so that the electrical system can support the direct input voltage of 10 kilovolts.
Ce système électrique comprend donc un nombre important de composants et notamment de transistors IGBT, en l’espèce au moins dix-huit transistors IGBT. Ce système électrique selon l’art antérieur est donc très lourd, il peut notamment peser jusqu’à 10 tonnes, et s’avère particulièrement encombrant, avec notamment une empreinte au sol très importante. Ce type de système électrique pour convertir une tension est en outre particulièrement coûteux.This electrical system therefore includes a large number of components and in particular IGBT transistors, in this case at least eighteen IGBT transistors. This electrical system according to the prior art is therefore very heavy, it can in particular weigh up to 10 tonnes, and is particularly bulky, with in particular a very large footprint. This type of electrical system for converting a voltage is also particularly expensive.
De plus, ce type de système électrique utilise des composants semi-conducteurs haute-tension disponibles dans le commerce, incluant lesdits transistors IGBT, qui présentent des calibres en courant importants, et sont donc dimensionnés pour supporter des courants élevés. Or, compte-tenu des trois bras que comporte ce système électrique selon l’art antérieur, chaque transistor IGBT n’est traversé que par un faible courant et n’est donc pas pleinement exploité et s’avère surdimensionné.In addition, this type of electrical system uses commercially available high-voltage semiconductor components, including said IGBT transistors, which have high current ratings, and are therefore sized to support high currents. However, taking into account the three arms that this electrical system includes according to the prior art, each IGBT transistor is only crossed by a small current and is therefore not fully exploited and turns out to be oversized.
Un autre inconvénient de ce système électrique est qu’il est fortement impacté par des perturbations pouvant intervenir sur le réseau d’alimentation électrique continu connecté aux premier et deuxième terminaux continus. En particulier, une importante chute de tension continue en entrée de ce système électrique risque d’entrainer une perte de contrôle du flux de puissance au sein du système électrique. En outre, un court-circuit sur le réseau d’alimentation électrique continu risque d’endommager le système électrique et d’être répercuté sur le réseau d’alimentation électrique alternatif connecté aux terminaux alternatifs.Another disadvantage of this electrical system is that it is strongly impacted by disturbances that may occur on the continuous electrical supply network connected to the first and second continuous terminals. In particular, a significant drop in DC voltage at the input of this electrical system risks causing a loss of control of the power flow within the electrical system. In addition, a short circuit in the DC power supply network may damage the electrical system and be reflected in the AC power supply network connected to the AC terminals.
Un but de la présente invention est de proposer un système électrique remédiant aux problèmes précités.An aim of the present invention is to propose an electrical system remedying the aforementioned problems.
Pour ce faire, l’invention porte sur un système électrique permettant de convertir une tension continue en une tension alternative et/ou de convertir une tension alternative en une tension continue, le système électrique comprenant :
des premier et deuxième terminaux continus configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique continu;
des premier, deuxième et troisième terminaux alternatifs configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique alternatif;
au moins un dispositif de conversion comportant :
- un premier convertisseur électrique, un deuxième convertisseur électrique et un troisième convertisseur électrique comprenant chacun une première borne continue et une seconde borne continue, lesdits premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques étant connectés en série les uns par rapport aux autres, par leurs première et seconde bornes continues, entre les premier et deuxième terminaux continus, lesdits premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques comprenant en outre chacun au moins une première borne alternative et une deuxième borne alternative;
- un dispositif de transformation d’énergie électrique comprenant un premier enroulement primaire et un premier enroulement secondaire associé au premier enroulement primaire, un deuxième enroulement primaire et un deuxième enroulement secondaire associé au deuxième enroulement primaire, un troisième enroulement primaire et un troisième enroulement secondaire associé au troisième enroulement primaire, ledit premier enroulement primaire étant connecté aux première et deuxième bornes alternatives du premier convertisseur électrique, ledit deuxième enroulement primaire étant connecté aux première et deuxième bornes alternatives du deuxième convertisseur électrique, ledit troisième enroulement primaire étant connecté aux première et deuxième bornes alternatives du troisième convertisseur électrique, lesdits premier, deuxième et troisième enroulements secondaires présentant chacun au moins une borne reliée respectivement au premier terminal alternatif, au deuxième terminal alternatif et au troisième terminal alternatif du convertisseur,
caractérisé en ce qu’au moins le premier convertisseur électrique comprend un étage d’adaptation de niveau de tension, relié électriquement aux première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique, et un élément convertisseur électrique connecté en cascade avec l’étage d’adaptation de niveau de tension et relié électriquement aux première et deuxième bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique, le système électrique pouvant adopter au moins un mode de fonctionnement choisi parmi :
un premier mode de fonctionnement dans lequel l’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour délivrer à l’élément convertisseur électrique une tension continue supérieure à la tension entre les première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique, l’élément convertisseur électrique étant configuré pour générer, entre les première et deuxième bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique, une tension alternative à partir de la tension continue fournie par l’étage d’adaptation de niveau de tension ; et
un deuxième mode de fonctionnement dans lequel l’élément convertisseur électrique est configuré pour délivrer à l’étage d’adaptation de niveau de tension une tension continue à partir de la tension alternative entre les première et deuxième bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique, l’étage d’adaptation de niveau de tension étant configuré pour délivrer, entre les première et seconde bornes continues dudit premier convertisseur électrique, une tension continue inférieure à la tension continue fournie par l’élément convertisseur électrique.To do this, the invention relates to an electrical system making it possible to convert a direct voltage into an alternating voltage and/or to convert an alternating voltage into a direct voltage, the electrical system comprising:
first and second continuous terminals configured to be electrically connected to a continuous electrical power supply network;
first, second and third alternative terminals configured to be electrically connected to an alternating electrical power network;
at least one conversion device comprising:
- a first electrical converter, a second electrical converter and a third electrical converter each comprising a first DC terminal and a second DC terminal, said first, second and third electrical converters being connected in series with each other, by their first and second DC terminals, between the first and second DC terminals, said first, second and third electrical converters each further comprising at least a first AC terminal and a second AC terminal;
- an electrical energy transformation device comprising a first primary winding and a first secondary winding associated with the first primary winding, a second primary winding and a second secondary winding associated with the second primary winding, a third primary winding and a third associated secondary winding to the third primary winding, said first primary winding being connected to the first and second alternating terminals of the first electrical converter, said second primary winding being connected to the first and second alternating terminals of the second electrical converter, said third primary winding being connected to the first and second terminals alternatives of the third electrical converter, said first, second and third secondary windings each having at least one terminal connected respectively to the first alternating terminal, to the second alternating terminal and to the third alternating terminal of the converter,
characterized in that at least the first electrical converter comprises a voltage level adaptation stage, electrically connected to the first and second DC terminals of the first electrical converter, and an electrical converter element connected in cascade with the adaptation stage voltage level and electrically connected to the first and second alternative terminals of said first electrical converter, the electrical system being able to adopt at least one operating mode chosen from:
a first mode of operation in which the voltage level adaptation stage is configured to deliver to the electrical converter element a DC voltage greater than the voltage between the first and second DC terminals of the first electrical converter, the converter element electrical being configured to generate, between the first and second alternating terminals of said first electrical converter, an alternating voltage from the direct voltage supplied by the voltage level adaptation stage; And
a second mode of operation in which the electrical converter element is configured to deliver to the voltage level adaptation stage a direct voltage from the alternating voltage between the first and second alternating terminals of said first electrical converter, the voltage level adaptation stage being configured to deliver, between the first and second DC terminals of said first electrical converter, a DC voltage lower than the DC voltage supplied by the electrical converter element.
De manière non limitative, le système électrique selon l’invention est particulièrement adapté pour des applications à faibles puissances, de préférence à des puissances inférieures à 1 Mégawatt (MW). De manière non limitative, le système électrique selon l’invention est particulièrement adapté pour être connecté à un réseau d’alimentation électrique continu soumis à une moyenne tension, de préférence comprise entre 3 kilovolts et 20 kilovolts. Le réseau d’alimentation électrique alternatif est avantageusement un réseau triphasé.In a non-limiting manner, the electrical system according to the invention is particularly suitable for low power applications, preferably at powers less than 1 Megawatt (MW). In a non-limiting manner, the electrical system according to the invention is particularly suitable for being connected to a continuous electrical supply network subjected to a medium voltage, preferably between 3 kilovolts and 20 kilovolts. The alternative electrical supply network is advantageously a three-phase network.
De manière non limitative, le système électrique peut être configuré uniquement pour convertir une tension continue en une tension alternative, auquel cas il adopte uniquement le premier mode de fonctionnement. Alternativement, et de manière non limitative, le système électrique peut être configuré uniquement pour convertir une tension alternative en une tension continue, auquel cas il adopte uniquement le deuxième mode de fonctionnement. Alternativement, et toujours de manière non limitative, le système électrique peut être configuré pour permettre la conversion d’une tension alternative en une tension continue ainsi que la conversion d’une tension continue en une tension alternative. Auquel cas, le système électrique est alors apte à adopter le premier mode de fonctionnement ou le deuxième mode de fonctionnement. Le passage du premier au deuxième mode de fonctionnement est avantageusement réalisé par contrôle.In a non-limiting manner, the electrical system can be configured solely to convert a direct voltage into an alternating voltage, in which case it adopts only the first mode of operation. Alternatively, and in a non-limiting manner, the electrical system can be configured solely to convert an alternating voltage into a direct voltage, in which case it adopts only the second mode of operation. Alternatively, and always in a non-limiting manner, the electrical system can be configured to allow the conversion of an alternating voltage into a direct voltage as well as the conversion of a direct voltage into an alternating voltage. In which case, the electrical system is then capable of adopting the first mode of operation or the second mode of operation. The transition from the first to the second mode of operation is advantageously carried out by control.
Lorsqu’il opère une conversion DC/AC, le système électrique selon l’invention est avantageusement configuré pour convertir une moyenne tension continue entre ses premier et deuxième terminaux continus, par exemple de l’ordre de 10 kilovolts, en une tension alternative basse tension, par exemple de l’ordre de 400 volts en valeur efficace. Le système électrique délivre alors avantageusement une tension alternative triphasée pouvant être contrôlée en phase et en amplitude.When carrying out a DC/AC conversion, the electrical system according to the invention is advantageously configured to convert a medium direct voltage between its first and second direct terminals, for example of the order of 10 kilovolts, into a low voltage alternating voltage , for example of the order of 400 volts in effective value. The electrical system then advantageously delivers a three-phase alternating voltage that can be controlled in phase and amplitude.
Inversement, lorsqu’il opère une conversion AC/DC, le système électrique selon l’invention est avantageusement configuré pour convertir une tension alternative basse tension, par exemple de l’ordre de 400 volts en valeur efficace, en une moyenne tension continue entre ses premier et deuxième terminaux continus, par exemple de l’ordre de 10 kilovolts.Conversely, when it carries out an AC/DC conversion, the electrical system according to the invention is advantageously configured to convert a low voltage alternating voltage, for example of the order of 400 volts in effective value, into a medium direct voltage between its first and second continuous terminals, for example of the order of 10 kilovolts.
Avantageusement, ledit dispositif de conversion comprend exactement trois convertisseurs électriques. Le système électrique comprend avantageusement un nombre de convertisseurs électriques qui est multiple de trois, encore de préférence exactement trois convertisseurs électriques.Advantageously, said conversion device comprises exactly three electrical converters. The electrical system advantageously comprises a number of electrical converters which is a multiple of three, more preferably exactly three electrical converters.
La première borne continue du premier convertisseur électrique est reliée électriquement au premier terminal continu. Cette première borne continue peut être reliée directement au premier terminal. Alternativement, la première borne continue peut être reliée indirectement au premier terminal continu, par exemple par l’intermédiaire d’un composant tel qu’une inductance connectée entre ladite première borne et le premier terminal continu. La seconde borne continue du premier convertisseur électrique est reliée électriquement à la première borne continue du deuxième convertisseur électrique. La seconde borne continue du deuxième convertisseur électrique est reliée électriquement à la première borne continue du troisième convertisseur électrique. La seconde borne continue du troisième convertisseur électrique est avantageusement reliée électriquement au deuxième terminal continu ou à la première borne continue du premier convertisseur électrique d’un deuxième dispositif de conversion.The first DC terminal of the first electrical converter is electrically connected to the first DC terminal. This first continuous terminal can be connected directly to the first terminal. Alternatively, the first DC terminal can be connected indirectly to the first DC terminal, for example via a component such as an inductor connected between said first terminal and the first DC terminal. The second DC terminal of the first electrical converter is electrically connected to the first DC terminal of the second electrical converter. The second DC terminal of the second electrical converter is electrically connected to the first DC terminal of the third electrical converter. The second DC terminal of the third electrical converter is advantageously electrically connected to the second DC terminal or to the first DC terminal of the first electrical converter of a second conversion device.
Avantageusement, les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques sont identiques. Alternativement, et sans sortir du cadre de l’invention, les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques peuvent présenter des configurations différentes.Advantageously, the first, second and third electrical converters are identical. Alternatively, and without departing from the scope of the invention, the first, second and third electrical converters may have different configurations.
De manière non limitative, le dispositif de transformation d’énergie électrique peut comprendre un unique transformateur, par exemple un unique transformateur triphasé, ou encore une pluralité de transformateurs, par exemple plusieurs transformateurs monophasés.In a non-limiting manner, the electrical energy transformation device may comprise a single transformer, for example a single three-phase transformer, or a plurality of transformers, for example several single-phase transformers.
Chaque enroulement primaire du dispositif de transformation d’énergie électrique est associé à un des convertisseurs électriques.Each primary winding of the electrical energy transformation device is associated with one of the electrical converters.
Le premier enroulement secondaire présente une borne reliée au premier terminal alternatif. Le deuxième enroulement secondaire présente une borne reliée au deuxième terminal alternatif. Le troisième enroulement secondaire présente une borne reliée au troisième terminal alternatif.The first secondary winding has a terminal connected to the first alternating terminal. The second secondary winding has a terminal connected to the second alternating terminal. The third secondary winding has a terminal connected to the third alternating terminal.
De manière non limitative, les enroulements secondaires du dispositif de transformation d’énergie électrique peuvent être couplés aux premier, deuxième et troisième terminaux alternatifs selon un couplage en étoile, de sorte qu’ils présentent chacun une borne reliée à une ligne de neutre. Alternativement, et de manière non limitative, les enroulements secondaire du dispositif de transformation d’énergie électrique peuvent être couplés selon un couplage en triangle, de sorte que le premier enroulement secondaire présente en outre une borne reliée à l’un des deuxième et troisième terminaux alternatifs, que le deuxième enroulement secondaire présente en outre une borne reliée à l’un des premier et troisième terminaux alternatifs et que le troisième enroulement secondaire présente en outre une borne reliée à l’un des premier et deuxième terminaux alternatifs.In a non-limiting manner, the secondary windings of the electrical energy transformation device can be coupled to the first, second and third alternating terminals according to a star coupling, so that they each have a terminal connected to a neutral line. Alternatively, and in a non-limiting manner, the secondary windings of the electrical energy transformation device can be coupled in a triangle coupling, so that the first secondary winding also has a terminal connected to one of the second and third terminals alternating currents, that the second secondary winding further has a terminal connected to one of the first and third alternating terminals and that the third secondary winding further has a terminal connected to one of the first and second alternating terminals.
Le dispositif de transformation d’énergie électrique est avantageusement configuré pour fonctionner à une fréquence proche de celle du réseau d’alimentation électrique alternatif.The electrical energy transformation device is advantageously configured to operate at a frequency close to that of the alternating electrical power network.
La tension entre les premier et deuxième terminaux continus du système électrique est avantageusement répartie entre les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques et donc à l’entrée des étages d’adaptation de niveau de tension desdits convertisseurs électriques.The voltage between the first and second DC terminals of the electrical system is advantageously distributed between the first, second and third electrical converters and therefore at the input of the voltage level adaptation stages of said electrical converters.
L’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique comprend avantageusement une pluralité de composants semi-conducteurs. Il comprend avantageusement un ou plusieurs transistors, par exemple des transistors IGBT, et un ou plusieurs condensateurs. L’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique comprend avantageusement moins de deux transistors, encore de préférence un unique transistor. De manière non limitative, l’étage d’adaptation du niveau de tension peut comprendre une ou plusieurs diodes.The voltage level adaptation stage of the first electrical converter advantageously comprises a plurality of semiconductor components. It advantageously comprises one or more transistors, for example IGBT transistors, and one or more capacitors. The voltage level adaptation stage of the first electrical converter advantageously comprises less than two transistors, more preferably a single transistor. In a non-limiting manner, the voltage level adaptation stage may comprise one or more diodes.
L’étage d’adaptation de niveau de tension est avantageusement configuré pour fonctionner sur une large plage de tensions entre ses première et seconde bornes continues.The voltage level adaptation stage is advantageously configured to operate over a wide range of voltages between its first and second DC terminals.
Le premier mode de fonctionnement correspond à une utilisation du système électrique pour convertir une tension continue en une tension alternative. Le deuxième mode de fonctionnement correspond à une utilisation du système électrique pour convertir une tension alternative en une tension continue.The first mode of operation corresponds to use of the electrical system to convert a direct voltage into an alternating voltage. The second mode of operation corresponds to using the electrical system to convert an alternating voltage into a direct voltage.
Dans le premier mode de fonctionnement, le premier convertisseur électrique convertit une tension continue entre ses première et seconde bornes continues en une tension alternative entre ses première et deuxième bornes alternatives. Dans ce premier mode de fonctionnement, l’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique se comporte comme un étage élévateur de tension. L’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour fournir à l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique une tension continue de plus forte valeur que la tension continue qu’il reçoit entre ses première et seconde bornes continues, et donc supérieure à la tension aux bornes du réseau d’alimentation électrique continu. Ledit étage d’adaptation de niveau de tension délivre à l’élément convertisseur électrique une tension indépendante de la tension du réseau d’alimentation électrique continu.In the first mode of operation, the first electrical converter converts a direct voltage between its first and second direct terminals into an alternating voltage between its first and second alternating terminals. In this first operating mode, the voltage level adaptation stage of the first electrical converter behaves like a voltage step-up stage. The voltage level adaptation stage is configured to provide the electrical converter element of the first electrical converter a direct voltage of greater value than the direct voltage which it receives between its first and second direct terminals, and therefore greater than the voltage at the terminals of the direct electrical supply network. Said voltage level adaptation stage delivers to the electrical converter element a voltage independent of the voltage of the continuous electrical supply network.
Dans ce premier mode de fonctionnement, l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique se comporte comme un onduleur. L’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique permet de convertir la tension continue fournie par l’étage d’adaptation de niveau de tension en une tension alternative contrôlée. L’élément convertisseur électrique comprend avantageusement une pluralité de composants semi-conducteurs. Il comprend de préférence une pluralité de transistors, par exemple des transistors IGBT, et un ou plusieurs condensateurs. L’élément convertisseur électrique comprend avantageusement deux transistors ou quatre transistors selon sa configuration.In this first mode of operation, the electrical converter element of the first electrical converter behaves like an inverter. The electrical converter element of the first electrical converter makes it possible to convert the direct voltage supplied by the voltage level adaptation stage into a controlled alternating voltage. The electrical converter element advantageously comprises a plurality of semiconductor components. It preferably comprises a plurality of transistors, for example IGBT transistors, and one or more capacitors. The electrical converter element advantageously comprises two transistors or four transistors depending on its configuration.
Le premier convertisseur électrique comprend avantageusement un premier point de liaison et un deuxième point de liaison pour la connexion en cascade de l’étage d’adaptation de niveau de tension et de l’élément convertisseur électrique dudit premier convertisseur électrique. La tension continue délivrée par l’étage d’adaptation de niveau de tension à l’élément convertisseur électrique correspond alors à la tension continue entre lesdits premier et deuxième points de liaison.The first electrical converter advantageously comprises a first connection point and a second connection point for the cascade connection of the voltage level adaptation stage and the electrical converter element of said first electrical converter. The direct voltage delivered by the voltage level adaptation stage to the electrical converter element then corresponds to the direct voltage between said first and second connection points.
Dans le deuxième mode de fonctionnement, le premier convertisseur électrique convertit une tension alternative entre ses première et deuxième bornes alternatives en une tension continue entre ses première et seconde bornes continues. Dans ce deuxième mode de fonctionnement, l’élément convertisseur électrique se comporte comme un élément redresseur. L’élément convertisseur électrique est configuré pour redresser la tension alternative qu’il reçoit en entrée, aux première et deuxième bornes alternatives du premier convertisseur électrique, et fournir une tension continue générée à l’étage d’adaptation de niveau de tension.In the second mode of operation, the first electrical converter converts an alternating voltage between its first and second alternating terminals into a direct voltage between its first and second direct terminals. In this second mode of operation, the electrical converter element behaves like a rectifier element. The electrical converter element is configured to rectify the alternating voltage that it receives as input, at the first and second alternating terminals of the first electrical converter, and supply a direct voltage generated to the voltage level adaptation stage.
Dans ce deuxième mode de fonctionnement, l’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique se comporte comme un étage abaisseur de tension. L’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour délivrer entre les première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique une tension ayant une valeur inférieure à la tension continue fournie par l’élément convertisseur électrique.In this second operating mode, the voltage level adaptation stage of the first electrical converter behaves like a voltage step-down stage. The voltage level adaptation stage is configured to deliver between the first and second DC terminals of the first electrical converter a voltage having a value lower than the DC voltage supplied by the electrical converter element.
Avantageusement, les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques sont identiques. Les convertisseurs électriques comprennent avantageusement au moins un composant semi-conducteur.Advantageously, the first, second and third electrical converters are identical. The electrical converters advantageously comprise at least one semiconductor component.
Le système électrique selon l’invention propose une architecture dans laquelle les convertisseurs électriques sont connectés en série par leurs bornes continues, ce qui permet de répartir, entre les différents convertisseurs électriques, la tension entre les premier et deuxième terminaux continu. Le système électrique selon l’invention présente en outre un nombre réduit de bras par rapport aux systèmes électriques de type convertisseur de tension de l’art antérieur.The electrical system according to the invention proposes an architecture in which the electrical converters are connected in series by their DC terminals, which makes it possible to distribute, between the different electrical converters, the voltage between the first and second DC terminals. The electrical system according to the invention also has a reduced number of arms compared to electrical systems of the voltage converter type of the prior art.
Le courant circulant dans chacun des convertisseurs électriques du système électrique selon l’invention étant supérieur au courant circulant dans chacun des convertisseurs électriques des systèmes électrique selon l’art antérieur, les composants utilisés dans les convertisseurs électriques du système électrique selon l’invention sont également traversés par des courants de plus fortes valeurs. L’invention permet alors d’utiliser des composants semi-conducteurs disponibles dans le commerce, qui présentent un calibre important en courant, le système électrique selon l’invention permettant de mieux exploiter ces composants par rapport aux systèmes électriques selon l’art antérieur et de ne pas les sur-dimensionner.The current circulating in each of the electrical converters of the electrical system according to the invention being greater than the current circulating in each of the electrical converters of the electrical systems according to the prior art, the components used in the electrical converters of the electrical system according to the invention are also crossed by currents of higher values. The invention then makes it possible to use commercially available semiconductor components, which have a large current rating, the electrical system according to the invention making it possible to better exploit these components compared to the electrical systems according to the prior art and not to oversize them.
Il en résulte que le système électrique selon l’invention permet de mieux exploiter les composants, par exemple les transistors IGBT, constituant les convertisseurs électriques tout en permettant de réduire le nombre de ces composants.As a result, the electrical system according to the invention makes it possible to better exploit the components, for example the IGBT transistors, constituting the electrical converters while making it possible to reduce the number of these components.
A titre d’exemple, dans une configuration particulièrement avantageuse du système électrique selon l’invention, dans laquelle il comprend trois convertisseurs électriques dans une configuration de base, lesdits convertisseurs électriques comprennent chacun trois transistors IGBT, de sorte que le système électrique comprend neuf transistors IGBT. Dans cette configuration, le système électrique selon l’invention comprend deux fois moins de transistors IGBT que le système électrique selon l’art antérieur dans sa configuration la plus simple, qui en comprend dix-huit.By way of example, in a particularly advantageous configuration of the electrical system according to the invention, in which it comprises three electrical converters in a basic configuration, said electrical converters each comprise three IGBT transistors, so that the electrical system comprises nine transistors IGBT. In this configuration, the electrical system according to the invention comprises half as many IGBT transistors as the electrical system according to the prior art in its simplest configuration, which includes eighteen.
Le système électrique selon l’invention présente par conséquent un poids, un encombrement et un coût réduits. Il est particulièrement adapté pour une utilisation à faible puissance et moyenne tension, par exemple dans une application urbaine de distribution de courant domestique.The electrical system according to the invention therefore has reduced weight, bulk and cost. It is particularly suitable for low power and medium voltage use, for example in an urban domestic power distribution application.
En outre, l’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique du système électrique selon l’invention permet de limiter l’oscillation du courant continu entre les premier et deuxième terminaux continus.In addition, the voltage level adaptation stage of the first electrical converter of the electrical system according to the invention makes it possible to limit the oscillation of the direct current between the first and second direct terminals.
De plus, l’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique a pour avantage de ne pas entretenir ni amplifier une perturbation intervenant sur le réseau d’alimentation électrique continu ou à aux bornes continues dudit premier convertisseur électrique. Un tel étage d’adaptation de niveau de tension ne répercute en outre pas un défaut du réseau d’alimentation électrique continu sur le réseau d’alimentation électrique alternatif.In addition, the voltage level adaptation stage of the first electrical converter has the advantage of not maintaining or amplifying a disturbance occurring on the continuous electrical supply network or at the continuous terminals of said first electrical converter. Such a voltage level adaptation stage also does not pass on a fault in the direct power supply network to the alternating power supply network.
De même, l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique du système électrique selon l’invention a pour avantage de ne pas entretenir ni amplifier une perturbation intervenant sur le réseau d’alimentation électrique alternatif ou aux bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique. Un tel élément convertisseur électrique ne répercute en outre pas un défaut du réseau d’alimentation électrique alternatif sur le réseau d’alimentation électrique continu.Likewise, the electrical converter element of the first electrical converter of the electrical system according to the invention has the advantage of not maintaining or amplifying a disturbance occurring on the alternating electrical supply network or at the alternative terminals of said first electrical converter. Such an electrical converter element also does not pass on a fault in the alternating electrical supply network to the continuous electrical supply network.
Le système électrique selon l’invention présente ainsi une meilleure tolérance aux défauts et perturbations pouvant intervenir sur le réseau d’alimentation électrique continu et/ou sur le réseau d’alimentation électrique alternatif auxquels il est connecté.The electrical system according to the invention thus has better tolerance to faults and disturbances that may occur on the direct power supply network and/or on the alternating power supply network to which it is connected.
De préférence, chacun des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques du système électrique comprend un étage d’adaptation de niveau de tension, relié électriquement aux première et seconde bornes continues du convertisseur électrique correspondant, et un élément convertisseur électrique connecté en cascade avec l’étage d’adaptation de niveau de tension et relié électriquement aux première et deuxième bornes alternatives dudit convertisseur électrique correspondant.Preferably, each of the first, second and third electrical converters of the electrical system comprises a voltage level adaptation stage, electrically connected to the first and second DC terminals of the corresponding electrical converter, and an electrical converter element connected in cascade with the voltage level adaptation stage and electrically connected to the first and second alternating terminals of said corresponding electrical converter.
De préférence, dans le premier mode de fonctionnement, l’étage d’adaptation de niveau de tension de chacun des premier, deuxième et troisième convertisseurs électrique est configuré pour délivrer à l’élément convertisseur électrique du convertisseur électrique correspondant une tension continue supérieure à la tension entre les première et seconde bornes continues de ce convertisseur électrique, l’élément convertisseur électrique étant configuré pour générer, entre les première et deuxième bornes alternatives dudit convertisseur électrique correspondant, une tension alternative à partir de la tension continue fournie par l’étage d’adaptation de niveau de tension.Preferably, in the first mode of operation, the voltage level adaptation stage of each of the first, second and third electrical converters is configured to deliver to the electrical converter element of the corresponding electrical converter a direct voltage greater than the voltage between the first and second DC terminals of this electrical converter, the electrical converter element being configured to generate, between the first and second AC terminals of said corresponding electrical converter, an AC voltage from the DC voltage supplied by the stage d voltage level adaptation.
De préférence, dans le deuxième mode de fonctionnement, l’élément convertisseur électrique de chacun des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques est configuré pour délivrer à l’étage d’adaptation de niveau de tension du convertisseur électrique correspondant une tension continue à partir de la tension alternative entre les première et deuxième bornes alternatives de ce convertisseur électrique, l’étage d’adaptation de niveau de tension étant configuré pour délivrer, entre les première et seconde bornes continues dudit convertisseur électrique correspondant, une tension continue inférieure à la tension continue fournie par l’élément convertisseur électrique.Preferably, in the second mode of operation, the electrical converter element of each of the first, second and third electrical converters is configured to deliver to the voltage level adaptation stage of the corresponding electrical converter a direct voltage from the alternating voltage between the first and second alternating terminals of this electrical converter, the voltage level adaptation stage being configured to deliver, between the first and second direct terminals of said corresponding electrical converter, a direct voltage lower than the direct voltage supplied by the electrical converter element.
Préférentiellement, ledit étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique comprend une ligne principale s’étendant entre les première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique et une ligne secondaire s’étendant entre lesdites première et seconde bornes continues, en parallèle de ladite ligne principale, ledit étage d’adaptation de niveau de tension comprenant au moins un premier condensateur et un deuxième condensateur connectés en série l’un par rapport à l’autre dans la ligne secondaire et au moins un premier élément de commutation commandable connecté dans la ligne principale ou dans la ligne secondaire.Preferably, said voltage level adaptation stage of the first electrical converter comprises a main line extending between the first and second continuous terminals of the first electrical converter and a secondary line extending between said first and second continuous terminals, in parallel of said main line, said voltage level adaptation stage comprising at least a first capacitor and a second capacitor connected in series with respect to each other in the secondary line and at least a first connected controllable switching element in the main line or in the secondary line.
Ledit élément de commutation commandable comprend avantageusement un transistor, par exemple un transistor IGBT. Ledit élément de commutation commandable comprend avantageusement un interrupteur. Ledit élément de commutation peut avantageusement prendre un état commandé dans lequel il permet la circulation d’un courant et un état non-commandé dans lequel il empêche la circulation d’un courant dans la ligne où il est connecté.Said controllable switching element advantageously comprises a transistor, for example an IGBT transistor. Said controllable switching element advantageously comprises a switch. Said switching element can advantageously take a controlled state in which it allows the flow of a current and a non-controlled state in which it prevents the flow of a current in the line to which it is connected.
Lesdits premier et deuxième condensateurs s’étendent avantageusement entre le premier point de liaison et le deuxième point de liaison connectant l’étage d’adaptation de niveau de tension à l’élément convertisseur électrique.Said first and second capacitors advantageously extend between the first connection point and the second connection point connecting the voltage level adaptation stage to the electrical converter element.
Dans le premier mode de fonctionnement, ledit étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour délivrer une tension continue aux bornes des deux condensateurs, ou autrement dit, une tension continue entre lesdits premier et deuxième points de liaison, qui est supérieure à la tension continue entre les première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique.In the first mode of operation, said voltage level adaptation stage is configured to deliver a direct voltage across the two capacitors, or in other words, a direct voltage between said first and second connection points, which is greater than the direct voltage between the first and second direct terminals of the first electrical converter.
Dans le deuxième mode de fonctionnement, ledit élément convertisseur électrique est configuré pour délivrer une tension continue aux bornes des deux condensateurs, ou autrement dit, une tension continue entre lesdits premier et deuxième points de liaison, à partir de la tension alternative entre les première et seconde bornes alternatives du premier convertisseur électrique.In the second mode of operation, said electrical converter element is configured to deliver a direct voltage across the two capacitors, or in other words, a direct voltage between said first and second connection points, from the alternating voltage between the first and second alternative terminals of the first electrical converter.
Avantageusement, ledit étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique comprend en outre une diode, ladite diode étant connectée dans la ligne principale dudit étage d’adaptation de niveau de tension lorsque ledit premier élément de commutation commandable dudit étage d’adaptation de niveau de tension est connecté dans la ligne secondaire, ladite diode étant connectée dans la ligne secondaire de l’étage d’adaptation de niveau tension lorsque ledit premier élément de commutation commandable dudit étage d’adaptation de niveau de tension est connecté dans la ligne principale. Un tel étage d’adaptation de niveau de tension comprend des composants disponibles dans le commerce et peu coûteux.Advantageously, said voltage level adaptation stage of the first electrical converter further comprises a diode, said diode being connected in the main line of said voltage level adaptation stage when said first controllable switching element of said adaptation stage of voltage level is connected in the secondary line, said diode being connected in the secondary line of the voltage level adaptation stage when said first controllable switching element of said voltage level adaptation stage is connected in the line main. Such a voltage level adaptation stage comprises commercially available and inexpensive components.
Ledit étage d’adaptation de niveau de tension comprend avantageusement un unique élément de commutation commandable, grâce à quoi le contrôle dudit convertisseur électrique est facilité.Said voltage level adaptation stage advantageously comprises a single controllable switching element, whereby control of said electrical converter is facilitated.
Lorsque ladite diode est connectée dans la ligne secondaire et le premier élément de commutation commandable est connecté dans la ligne principale de l’étage d’adaptation de niveau de tension, l’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour fournir à l’élément convertisseur électrique une tension continue supérieure à la tension entre les bornes continues du convertisseur électrique. Autrement dit, cette configuration correspond au premier mode de fonctionnement, ou encore à une conversion DC/AC, dans lequel le premier convertisseur électrique est configuré pour convertir une tension continue entre ses bornes continues en une tension alternative entre ses bornes alternatives. Autrement dit, l’étage d’adaptation de niveau de tension se comporte alors comme un élévateur de tension.When said diode is connected in the secondary line and the first controllable switching element is connected in the main line of the voltage level adaptation stage, the voltage level adaptation stage is configured to provide the the electric converter element a direct voltage greater than the voltage between the direct terminals of the electric converter. In other words, this configuration corresponds to the first mode of operation, or even to a DC/AC conversion, in which the first electrical converter is configured to convert a direct voltage between its direct terminals into an alternating voltage between its alternating terminals. In other words, the voltage level adaptation stage then behaves like a voltage booster.
Lorsque ladite diode est connectée dans la ligne principale et le premier élément de commutation commandable est connecté dans la ligne secondaire, l’étage d’adaptation de niveau de tension, l’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour délivrer entre les bornes continues du premier convertisseur électrique une tension continue inférieure à la tension fournie par l’élément convertisseur électrique. Autrement dit, cette configuration correspond au deuxième mode de fonctionnement, ou encore à une conversion AC/DC, dans lequel le premier convertisseur électrique est configuré pour convertir une tension alternative entre ses bornes alternative en une tension continues entre ses bornes continues. Autrement dit, l’étage d’adaptation de niveau de tension se comporte alors comme un abaisseur de tension.When said diode is connected in the main line and the first controllable switching element is connected in the secondary line, the voltage level adaptation stage, the voltage level adaptation stage is configured to deliver between the DC terminals of the first electrical converter a DC voltage lower than the voltage supplied by the electrical converter element. In other words, this configuration corresponds to the second mode of operation, or even to an AC/DC conversion, in which the first electrical converter is configured to convert an alternating voltage between its alternating terminals into a direct voltage between its direct terminals. In other words, the voltage level adaptation stage then behaves like a voltage step-down.
De préférence, ledit étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique comprend un hacheur parallèle. Un hacheur parallèle est également appelé convertisseur Boost. L’étage d’adaptation de niveau de tension se comporte alors comme un élévateur de tension.Preferably, said voltage level adaptation stage of the first electrical converter comprises a parallel chopper. A parallel chopper is also called a Boost converter. The voltage level adaptation stage then behaves like a voltage booster.
Selon une variante avantageuse, le premier élément de commutation commandable de l’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique est connecté dans la ligne principale, ledit étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique comprenant en outre un deuxième élément de commutation commandable connecté dans la ligne secondaire dudit étage d’adaptation de niveau de tension. Dans cette variante, l’étage d’adaptation de niveau de tension est réversible en puissance. L’étage d’adaptation de niveau de tension peut alors se comporter comme un élévateur de tension, apte à fournir à l’élément convertisseur électrique une tension supérieure à la tension entre les bornes continues du premier convertisseur électrique, ce qui correspond au premier mode de fonctionnement. Dans cette variante, l’étage d’adaptation de niveau de tension peut également se comporter comme un abaisseur de tension, apte à délivrer entre les première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique une tension inférieure à la tension fournie par l’élément convertisseur électrique, ce qui correspond au deuxième mode de fonctionnement. Un intérêt est en outre de permettre un contrôle plus efficace de l’étage d’adaptation de niveau de tension en disposant d’un élément de commutation supplémentaire.According to an advantageous variant, the first controllable switching element of the voltage level adaptation stage of the first electrical converter is connected in the main line, said voltage level adaptation stage of the first electrical converter further comprising a second controllable switching element connected in the secondary line of said voltage level adaptation stage. In this variant, the voltage level adaptation stage is power reversible. The voltage level adaptation stage can then behave as a voltage booster, capable of supplying the electrical converter element with a voltage greater than the voltage between the DC terminals of the first electrical converter, which corresponds to the first mode Operating. In this variant, the voltage level adaptation stage can also behave as a voltage step-down, able to deliver between the first and second DC terminals of the first electrical converter a voltage lower than the voltage supplied by the converter element electric, which corresponds to the second mode of operation. An advantage is also to allow more effective control of the voltage level adaptation stage by having an additional switching element.
De préférence, l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique présente une topologie en demi-pont ou en pont complet. Dans la configuration en demi-pont, l’élément convertisseur électrique comprend avantageusement deux éléments de commutation commandables. Dans la configuration en pont complet, l’élément convertisseur électrique comprend avantageusement quatre éléments de commutation commandables.Preferably, the electrical converter element of the first electrical converter has a half-bridge or full-bridge topology. In the half-bridge configuration, the electrical converter element advantageously comprises two controllable switching elements. In the full bridge configuration, the electrical converter element advantageously comprises four controllable switching elements.
La topologie en demi-pont présente l’avantage d’être peu coûteuse compte-tenu d’un nombre d’éléments de commutation commandables réduit. En outre, cette topologie permet d’exploiter efficacement les capacités des éléments semi-conducteurs constituant les éléments de commutation commandables. Dans cette topologie, l’élément convertisseur électrique permet de délivrer au premier enroulement primaire du dispositif de transformation d’énergie électrique une tension relativement faible.The half-bridge topology has the advantage of being inexpensive given a reduced number of controllable switching elements. In addition, this topology makes it possible to efficiently exploit the capacities of the semiconductor elements constituting the controllable switching elements. In this topology, the electrical converter element makes it possible to deliver a relatively low voltage to the first primary winding of the electrical energy transformation device.
La topologie en pont complet présente l’avantage de pouvoir délivrer une puissance de sortie importante, notamment deux fois supérieure à celle d’un élément convertisseur électrique en demi-pont. En outre, cette topologie permet d’exploiter efficacement les capacités des éléments semi-conducteurs constituant les éléments de commutation commandables. Dans cette topologie, l’élément convertisseur électrique permet de délivrer au premier enroulement primaire du dispositif de transformation d’énergie électrique un courant relativement faible.The full bridge topology has the advantage of being able to deliver significant output power, notably twice that of an electrical converter element. in half-deck. In addition, this topology makes it possible to efficiently exploit the capacities of the semiconductor elements constituting the controllable switching elements. In this topology, the electrical converter element makes it possible to deliver a relatively low current to the first primary winding of the electrical energy transformation device.
De manière avantageuse, l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique comporte au moins une première boucle comprenant au moins un premier condensateur, un deuxième condensateur, un premier élément de commutation commandable et un deuxième élément de commutation commandable connectés dans ladite première boucle, lesdits premier et deuxième éléments de commutation commandables étant reliés entre eux en un point de connexion formant ladite première borne alternative du premier convertisseur électrique.Advantageously, the electrical converter element of the first electrical converter comprises at least a first loop comprising at least a first capacitor, a second capacitor, a first controllable switching element and a second controllable switching element connected in said first loop, said first and second controllable switching elements being connected between them at a connection point forming said first alternative terminal of the first electrical converter.
Lesdits premier et deuxième condensateurs s’étendent avantageusement entre lesdits premier et deuxième points de liaison reliant l’étage d’adaptation de niveau de tension et l’élément convertisseur électrique.Said first and second capacitors advantageously extend between said first and second connection points connecting the voltage level adaptation stage and the electrical converter element.
De préférence, le premier condensateur et le deuxième condensateur de l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique sont reliés entre eux en un point intermédiaire formant la deuxième borne alternative dudit premier convertisseur électrique. Cette configuration correspond à une topologie en demi-pont.Preferably, the first capacitor and the second capacitor of the electrical converter element of the first electrical converter are connected to each other at an intermediate point forming the second alternating terminal of said first electrical converter. This configuration corresponds to a half-bridge topology.
Préférentiellement, l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique comprend en outre un troisième élément de commutation commandable et un quatrième élément de commutation commandable connectés en série l’un par rapport à l’autre et en parallèle des premier et deuxième éléments de commutation commandables, les troisième et quatrième éléments de commutation commandables étant reliés entre eux en un point de connexion formant ladite deuxième borne alternative du premier convertisseur électrique. Cette configuration correspond à une topologie en pont complet.Preferably, the electrical converter element of the first electrical converter further comprises a third controllable switching element and a fourth controllable switching element connected in series with each other and in parallel with the first and second controllable switching elements, the third and fourth elements of controllable switching being connected together at a connection point forming said second alternative terminal of the first electrical converter. This configuration corresponds to a full bridge topology.
Selon une variante particulièrement avantageuse, le premier convertisseur électrique comprend en outre une troisième borne alternative reliée au premier enroulement primaire du dispositif de transformation d’énergie électrique, le premier condensateur et le deuxième condensateur de l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique étant reliés entre eux en un point intermédiaire formant ladite troisième borne alternative du premier convertisseur électrique. Cette configuration correspond à une variante de la topologie en pont complet de l’élément convertisseur électrique. Cette configuration permet de réduire le calibre et donc la dimension et le coût des condensateurs utilisés. Les premier et deuxième éléments de commutation commandables s’étendent alors dans un premier bras tandis que les troisième et quatrième éléments de commutation commandables s’étendant dans un deuxième bras. Dans cette variante, un contrôle adapté des tensions générées dans chacun des premier et deuxième bras permet d’ajuster le courant circulant dans ces bras, réduisant encore l’ondulation de la tension délivrée à l’étage d’adaptation du niveau de tension.According to a particularly advantageous variant, the first electrical converter further comprises a third alternating terminal connected to the first primary winding of the electrical energy transformation device, the first capacitor and the second capacitor of the electrical converter element of the first electrical converter being connected together at an intermediate point forming said third alternative terminal of the first electrical converter. This configuration corresponds to a variant of the full bridge topology of the electrical converter element. This configuration makes it possible to reduce the rating and therefore the size and cost of the capacitors used. The first and second controllable switching elements then extend into a first arm while the third and fourth controllable switching elements extend into a second arm. In this variant, appropriate control of the voltages generated in each of the first and second arms makes it possible to adjust the current circulating in these arms, further reducing the ripple of the voltage delivered to the voltage level adaptation stage.
Le premier enroulement primaire du dispositif de transformation d’énergie électrique comprend avantageusement un point milieu auquel est relié électriquement ledit point intermédiaire de l’élément convertisseur électrique et donc la troisième borne alternative du premier convertisseur électrique.The first primary winding of the electrical energy transformation device advantageously comprises a midpoint to which said intermediate point of the electrical converter element is electrically connected and therefore the third alternative terminal of the first electrical converter.
De manière particulièrement avantageuse, les premier et deuxième condensateurs de l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique forment les premier et deuxième condensateurs de l’étage d’adaptation de niveau tension dudit premier convertisseur électrique, de sorte que ces premier et deuxième condensateurs sont communs audit élément convertisseur électrique et audit étage d’adaptation de niveau tension. On comprend que le premier convertisseur électrique ne comprend alors que deux condensateurs.In a particularly advantageous manner, the first and second capacitors of the electrical converter element of the first electrical converter form the first and second capacitors of the voltage level adaptation stage of said first electrical converter, so that these first and second capacitors are common to said electrical converter element and said voltage level adaptation stage. We understand that the first electrical converter then only includes two capacitors.
Le premier convertisseur électrique comprend avantageusement une ligne commune s’étendant entre les premier et deuxième points de liaison entre l’étage d’adaptation de niveau de tension et l’élément convertisseur électrique, lesdits condensateurs étant connectés en série dans ladite ligne commune.The first electrical converter advantageously comprises a common line extending between the first and second connection points between the voltage level adaptation stage and the electrical converter element, said capacitors being connected in series in said common line.
La tension entre lesdits premier et deuxième points de liaison correspond, dans le premier mode de fonctionnement, à la tension continue délivrée par l’étage d’adaptation de niveau de tension et à partir de laquelle l’élément convertisseur électrique génère une tension alternative à destination du dispositif de transformation d’énergie électrique. Dans le deuxième mode de fonctionnement, la tension entre lesdits premier et deuxième points de liaison correspond à la tension continue délivrée par l’élément convertisseur électrique qui est ensuite abaissée par l’étage d’adaptation de niveau de tension.The voltage between said first and second connection points corresponds, in the first operating mode, to the direct voltage delivered by the voltage level adaptation stage and from which the electrical converter element generates an alternating voltage at destination of the electrical energy transformation device. In the second operating mode, the voltage between said first and second connection points corresponds to the direct voltage delivered by the electrical converter element which is then lowered by the voltage level adaptation stage.
De préférence, au moins une inductance est connectée entre ledit dispositif de conversion et le premier terminal continu et/ou entre ledit dispositif de conversion et le deuxième terminal continu. Un intérêt est de limiter la circulation d’un courant alternatif dans l’étage d’adaptation de niveau tension ou dans le circuit d’alimentation électrique continu.Preferably, at least one inductor is connected between said conversion device and the first DC terminal and/or between said conversion device and the second DC terminal. An advantage is to limit the circulation of an alternating current in the voltage level adaptation stage or in the direct power supply circuit.
De manière avantageuse, le dispositif de transformation d’énergie électrique dudit au moins un dispositif de conversion comprend un premier transformateur monophasé comprenant ledit premier enroulement primaire et ledit premier enroulement secondaire, un deuxième transformateur monophasé comprenant ledit deuxième enroulement primaire et ledit deuxième enroulement secondaire, et un troisième transformateur monophasé comprenant ledit troisième enroulement primaire et ledit troisième enroulement secondaire. L’utilisation d’une pluralité de transformateurs monophasés réduit les contraintes d’isolation par rapport à un transformateur triphasé.Advantageously, the electrical energy transformation device of said at least one conversion device comprises a first single-phase transformer comprising said first primary winding and said first secondary winding, a second single-phase transformer comprising said second primary winding and said second secondary winding, and a third single-phase transformer comprising said third primary winding and said third secondary winding. The use of a plurality of single-phase transformers reduces insulation constraints compared to a three-phase transformer.
De préférence, le système électrique comprend au moins un premier dispositif de conversion et un deuxième dispositif de conversion, les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques du deuxième dispositif de conversion étant connectés en série avec les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques du premier dispositif de conversion par leurs première et seconde bornes continues, entre lesdits premier et deuxième terminaux continus, les premiers enroulements secondaires des premier et deuxième dispositifs de conversion présentant chacun au moins une borne reliée au premier terminal alternatif du convertisseur, les deuxième enroulements secondaires des premier et deuxième dispositifs de conversion présentant chacun au moins une borne reliée au deuxième terminal alternatif du convertisseur, les troisième enroulements secondaires des premier et deuxième dispositifs de conversion présentant chacun au moins une borne reliée au troisième terminal alternatif du convertisseur.Preferably, the electrical system comprises at least a first conversion device and a second conversion device, the first, second and third electrical converters of the second conversion device being connected in series with the first, second and third electrical converters of the first device conversion by their first and second continuous terminals, between said first and second continuous terminals, the first secondary windings of the first and second conversion devices each having at least one terminal connected to the first alternating terminal of the converter, the second secondary windings of the first and second conversion devices each having at least one terminal connected to the second alternating terminal of the converter, the third secondary windings of the first and second conversion devices each having at least one terminal connected to the third alternating terminal of the converter.
Autrement dit, les premier et deuxième dispositifs de conversion sont connectés en série par leurs parties continues et en parallèle l’un de l’autre par leurs parties alternatives.In other words, the first and second conversion devices are connected in series by their continuous parts and in parallel to each other by their alternative parts.
L’utilisation d’un deuxième dispositif de conversion permet la conversion d’une tension entre les premier et deuxième terminaux continus du système électrique plus importante, de préférence jusqu’à deux fois plus importante, que la tension pouvant être supportée avec un seul dispositif de conversion.The use of a second conversion device allows the conversion of a voltage between the first and second DC terminals of the electrical system greater, preferably up to twice as great, than the voltage that can be supported with a single device conversion.
L’invention porte également sur une installation électrique comprenant un réseau d’alimentation électrique continu, un réseau d’alimentation électrique alternatif et un système électrique tel que décrit précédemment, ledit système électrique étant configuré pour connecter électriquement entre eux ledit réseau d’alimentation électrique continu et ledit réseau d’alimentation électrique alternatif.The invention also relates to an electrical installation comprising a direct power supply network, an alternating power supply network and an electrical system as described above, said electrical system being configured to electrically connect said electrical power network together. DC and said AC power supply network.
L’invention porte par ailleurs sur un procédé de contrôle d’un système électrique tel que décrit précédemment, dans lequel chacun des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques est commandé selon une technique de modulation de largeur d’impulsion.The invention further relates to a method of controlling an electrical system as described above, in which each of the first, second and third electrical converters is controlled using a pulse width modulation technique.
Selon ce procédé, on module la largeur d’impulsion des signaux de commande des convertisseurs électriques et notamment des éléments de commutation commandables. Ces signaux de commande sont associés à un rapport cyclique. Ce rapport cyclique correspond à la proportion, considérée dans le temps, dans laquelle l’élément de commutation commandable est placé à l’état commandé.According to this method, the pulse width of the control signals of the electrical converters and in particular of the controllable switching elements is modulated. These control signals are associated with a duty cycle. This duty cycle corresponds to the proportion, considered over time, in which the controllable switching element is placed in the controlled state.
Avantageusement, lorsqu’un premier et un deuxième éléments de commutation commandables sont connectés en série dans un des convertisseurs électriques, par exemple deux éléments de commutation commandables d’un élément convertisseur électrique, on les commande de manière complémentaire. Aussi, on place le premier élément de commutation commandable à l’état commandé tandis que le deuxième élément de commutation est maintenu à l’état non commandé, et inversement.Advantageously, when a first and a second controllable switching elements are connected in series in one of the electrical converters, for example two controllable switching elements of an electrical converter element, they are controlled in a complementary manner. Also, the first controllable switching element is placed in the controlled state while the second switching element is maintained in the non-controlled state, and vice versa.
Avantageusement, les signaux de commande des étages d’adaptation de niveau tension des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques sont modulés à partir de signaux porteurs déphasés. Un intérêt est de réduire l’ondulation de la tension vue par le réseau d’alimentation électrique continu.Advantageously, the control signals of the voltage level adaptation stages of the first, second and third electrical converters are modulated from phase-shifted carrier signals. One benefit is to reduce the voltage ripple seen by the continuous power supply network.
De préférence, on ajuste le rapport cyclique des signaux de commande de chacun desdits étages d’adaptation de niveau de tension des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques de manière à maintenir constantes les tensions entre les première et seconde bornes continues des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques.Preferably, the duty cycle of the control signals of each of said voltage level adaptation stages of the first, second and third electrical converters is adjusted so as to maintain constant the voltages between the first and second DC terminals of the first, second and third electrical converters.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :The invention will be better understood on reading the following description of embodiments of the invention given by way of non-limiting examples, with reference to the appended drawings, in which:
L’invention porte sur un système électrique permettant de convertir une tension continue en une tension alternative et/ou de convertir une tension alternative en une tension continue. L’invention porte également sur une installation électrique comprenant un tel système électrique et sur un procédé de contrôle d’un tel système électrique.An electrical system for converting a direct voltage into an alternating voltage and/or converting an alternating voltage into a direct voltage is provided. The invention also relates to an electrical installation comprising such an electrical system and to a method for controlling such an electrical system.
La
Dans cet exemple non limitatif, le système électrique10comprend un premier dispositif de conversion30et un deuxième dispositif de conversion30’. Sans sortir du cadre de l’invention, le système électrique pourrait ne comprendre qu’un seul dispositif de conversion. Le deuxième dispositif de conversion30’est identique au premier dispositif de conversion électrique30de sorte que seul ledit premier dispositif de conversion30sera décrit en détails.In this non-limiting example, the electrical system 10 comprises a first conversion device 30 and a second conversion device 30' . Without departing from the scope of the invention, the electrical system could comprise only one conversion device. The second conversion device 30' is identical to the first electrical conversion device 30 so that only said first conversion device 30 will be described in detail.
Le premier dispositif de conversion30comprend un premier convertisseur électrique32, un deuxième convertisseur électrique34et un troisième convertisseur électrique36. Le premier convertisseur électrique32comprend une première borne continue32aet une seconde borne continue32b. De même, le deuxième convertisseur électrique34comprend une première borne continue34aet une seconde borne continue34bet le troisième convertisseur électrique36comprend une première borne continue36aet une seconde borne continue36b.The first conversion device 30 comprises a first electrical converter 32 , a second electrical converter 34 and a third electrical converter 36 . The first electrical converter 32 comprises a first DC terminal 32a and a second DC terminal 32b . Likewise, the second electrical converter 34 comprises a first continuous terminal 34a and a second continuous terminal 34b and the third electrical converter 36 comprises a first continuous terminal 36a and a second continuous terminal 36b .
Les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques32,34,36sont connectés en série les uns par rapport aux autre par leurs bornes continues32a,32b,34a,34b,36a,36bentre lesdits premier et deuxième terminaux continus12,14. Plus précisément, la première borne continue32adu premier convertisseur électrique32est reliée électriquement au premier terminal continu de manière indirecte, par l’intermédiaire d’une inductance33. La seconde borne continue32bdu premier convertisseur électrique32est reliée électriquement à la première borne continue34adu deuxième convertisseur électrique34. La seconde borne continue34bdu deuxième convertisseur électrique34est reliée électriquement à la première borne continue36adu troisième convertisseur électrique36. Dans cet exemple non limitatif, la seconde borne continue36bdu troisième convertisseur électrique36est reliée au deuxième dispositif de conversion30’et plus précisément à une première borne continue d’un premier convertisseur électrique du deuxième dispositif de conversion30’. La seconde borne continue d’un troisième convertisseur électrique du deuxième dispositif de conversion est reliée indirectement au deuxième terminal continu14par l’intermédiaire d’une inductance33.The first, second and third electrical converters 32 , 34 , 36 are connected in series with each other by their continuous terminals 32a , 32b , 34a , 34b , 36a , 36b between said first and second continuous terminals 12 , 14 . More precisely, the first DC terminal 32a of the first electrical converter 32 is electrically connected to the first DC terminal indirectly, via an inductance 33 . The second DC terminal 32b of the first electrical converter 32 is electrically connected to the first DC terminal 34a of the second electrical converter 34 . The second DC terminal 34b of the second electrical converter 34 is electrically connected to the first DC terminal 36a of the third electrical converter 36 . In this non-limiting example, the second DC terminal 36b of the third electrical converter 36 is connected to the second conversion device 30' and more precisely to a first DC terminal of a first electrical converter of the second conversion device 30' . The second DC terminal of a third electrical converter of the second conversion device is indirectly connected to the second DC terminal 14 via an inductor 33 .
Alternativement, dans le cas où le système électrique10ne comprendrait qu’un seul dispositif de conversion30, la seconde borne continu36bdu troisième convertisseur électrique36peut être reliée indirectement au deuxième terminal continu14par l’intermédiaire d’une inductance33.Alternatively, in the event that the electrical system10would only include one conversion device30, the second terminal continues36bof the third electrical converter36can be linked indirectly to the second continuous terminal14via an inductance33.
Le premier dispositif de conversion30et le deuxième dispositif de conversion30’sont connectés en série côté continu, entre les premier et deuxième terminaux continus12,14.The first conversion device 30 and the second conversion device 30' are connected in series on the continuous side, between the first and second continuous terminals 12 , 14 .
Dans cet exemple non limitatif, les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques32,34,36sont identiques. Ils comprennent chacun un étage d’adaptation de niveau de tension50et un élément convertisseur électrique60connecté en cascade avec l’étage d’adaptation de niveau de tension50.In this non-limiting example, the first, second and third electrical converters 32 , 34 , 36 are identical. They each include a voltage level adaptation stage 50 and an electrical converter element 60 connected in cascade with the voltage level adaptation stage 50 .
L’étage d’adaptation de niveau de tension50est relié aux première et seconde bornes continues du convertisseur électrique correspondant. L’élément convertisseur électrique60est relié aux première et deuxième bornes alternatives du convertisseur électrique correspondant. L’élément convertisseur électrique60est donc connecté entre L’étage d’adaptation de niveau de tension50et les terminaux alternatifs du convertisseur électrique correspondant.The voltage level adaptation stage 50 is connected to the first and second DC terminals of the corresponding electrical converter. The electrical converter element 60 is connected to the first and second alternating terminals of the corresponding electrical converter. The electrical converter element 60 is therefore connected between the voltage level adaptation stage 50 and the alternating terminals of the corresponding electrical converter.
Le système électrique10comprend par ailleurs un dispositif de transformation d’énergie électrique40comprenant dans cet exemple non limitatif un premier transformateur monophasé42, un deuxième transformateur monophasé44et un troisième transformateur monophasé46. Le premier transformateur monophasé42comprend un premier enroulement primaire42aet un premier enroulement secondaire42b. Le deuxième transformateur monophasé44comprend un deuxième enroulement primaire44aet un deuxième enroulement secondaire44b. Le troisième transformateur monophasé46comprend un troisième enroulement primaire46aet un troisième enroulement secondaire46b.The electrical system 10 further comprises an electrical energy transformation device 40 comprising in this non-limiting example a first single-phase transformer 42 , a second single-phase transformer 44 and a third single-phase transformer 46 . The first single-phase transformer 42 comprises a first primary winding 42a and a first secondary winding 42b . The second single-phase transformer 44 comprises a second primary winding 44a and a second secondary winding 44b . The third single-phase transformer 46 comprises a third primary winding 46a and a third secondary winding 46b .
Le premier convertisseur électrique32comprend une première borne alternative32cet une deuxième borne alternative32dreliées au premier enroulement primaire42a. Le deuxième convertisseur électrique34comprend une première borne alternative34cet une deuxième borne alternative34dreliées au deuxième enroulement primaire44a. Le troisième convertisseur électrique36comprend une première borne alternative36cet une deuxième borne alternative36dreliées au troisième enroulement primaire46a.The first electrical converter 32 comprises a first alternating terminal 32c and a second alternating terminal 32d connected to the first primary winding 42a . The second electrical converter 34 comprises a first alternating terminal 34c and a second alternating terminal 34d connected to the second primary winding 44a . The third electrical converter 36 comprises a first alternating terminal 36c and a second alternating terminal 36d connected to the third primary winding 46a .
Dans cet exemple non limitatif, les enroulements secondaires42b,44b,46bdu dispositif de transformation d’énergie électrique40sont couplés en étoile aux terminaux alternatifs16,18,20du système électrique10. Plus précisément, le premier enroulement secondaire42bprésente une première borne reliée au premier terminal alternatif16et une deuxième borne reliée à une ligne de neutreN. Le deuxième enroulement secondaire44bprésente une première borne reliée au deuxième terminal alternatif18et une deuxième borne reliée à ladite ligne de neutreN. Le troisième enroulement secondaire46bprésente une première borne reliée au troisième terminal alternatif20et une deuxième borne reliée à ladite ligne de neutreN.In this non-limiting example, the secondary windings 42b , 44b , 46b of the electrical energy transformation device 40 are star-coupled to the alternating terminals 16 , 18 , 20 of the electrical system 10 . More precisely, the first secondary winding 42b has a first terminal connected to the first alternating terminal 16 and a second terminal connected to a neutral line N. The second secondary winding 44b has a first terminal connected to the second alternating terminal 18 and a second terminal connected to said neutral line N. The third secondary winding 46b has a first terminal connected to the third alternating terminal 20 and a second terminal connected to said neutral line N.
Les enroulements secondaires du dispositif de transformation d’énergie électrique du deuxième dispositif de conversion30’sont connectés de manière similaire aux terminaux alternatifs16,18,20du système électrique10. Le deuxième dispositif de conversion est connecté en parallèle du premier dispositif de conversion, du côté alternatif.The secondary windings of the electrical energy transformation device of the second conversion device 30' are connected in a similar manner to the alternating terminals 16 , 18 , 20 of the electrical system 10 . The second conversion device is connected in parallel with the first conversion device, on the alternating side.
La
Les étages d’adaptation de niveau de tension50des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques32,34,36comprennent un hacheur parallèle51et les étages de conversion de type de tension60présentent une topologie en demi-pont.The voltage level adaptation stages 50 of the first, second and third electrical converters 32 , 34 , 36 comprise a parallel chopper 51 and the voltage type conversion stages 60 have a half-bridge topology.
Le premier convertisseur électrique32du convertisseur de la
Tel qu’on le constate en
L’étage d’adaptation de niveau de tension50de ce premier convertisseur électrique32comprend une ligne principale52s’étendant entre les première et seconde bornes continues32a,32bainsi qu’une ligne secondaire53s’étendant entre lesdites première et seconde bornes continues32a,32b, en parallèle de la ligne principale52.The voltage level adaptation stage 50 of this first electrical converter 32 comprises a main line 52 extending between the first and second continuous terminals 32a , 32b as well as a secondary line 53 extending between said first and second continuous terminals 32a , 32b , in parallel with the main line 52 .
La ligne principale52de l’étage d’adaptation de niveau de tension50comprend un élément de commutation commandableT1formé d’un transistor IGBT associé à une diode de roue libre. La ligne secondaire53comprend une diodeD1passante, ainsi qu’un premier condensateurC1et un deuxième condensateurC2. Les premier et deuxième condensateursC1etC2sont connectés entre les premier et deuxième points de liaison59,61de l’étage d’adaptation de niveau de tension50à l’élément convertisseur électrique60.The main line 52 of the voltage level adaptation stage 50 comprises a controllable switching element T1 formed of an IGBT transistor associated with a freewheeling diode. The secondary line 53 comprises a passing diode D1 , as well as a first capacitor C1 and a second capacitor C2 . The first and second capacitors C1 and C2 are connected between the first and second connection points 59 , 61 of the voltage level adaptation stage 50 to the electrical converter element 60 .
Dans le mode de réalisation de la
Dans ce mode de réalisation non limitatif, le premier condensateurC1et le deuxième condensateurC2de l’élément convertisseur électrique60sont reliés entre eux en un point intermédiaire64formant la deuxième borne alternative32ddu premier convertisseur électrique32.In this non-limiting embodiment, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 of the electrical converter element 60 are connected together at an intermediate point 64 forming the second alternating terminal 32d of the first electrical converter 32 .
Par ailleurs, lesdits premier et deuxième éléments de commutation commandablesT1’,T2’de l’élément convertisseur électrique60sont reliés entre eux en un point de connexion66formant ladite première borne alternative32cdu premier convertisseur électrique.Furthermore, said first and second controllable switching elements T1' , T2' of the electrical converter element 60 are connected together at a connection point 66 forming said first alternative terminal 32c of the first electrical converter.
En se référant de nouveau à la
Lesdits étages d’adaptation de niveau de tension50délivrent aux étages de conversion de type de tensions60associés une tension continue de 3.6 kilovolts qui est supérieure à la tension continue de 3.33 kilovolts reçue en entrée desdits étages d’adaptation de niveau de tension. Cette tension continue de 3.6 kilovolts est considérée entre les premier et deuxième points de liaison59,61, aux bornes des premier et deuxième condensateursC1,C2.Said voltage level adaptation stages 50 deliver to the associated voltage type conversion stages 60 a direct voltage of 3.6 kilovolts which is greater than the direct voltage of 3.33 kilovolts received at the input of said voltage level adaptation stages. This direct voltage of 3.6 kilovolts is considered between the first and second connection points 59 , 61 , at the terminals of the first and second capacitors C1 , C2 .
A partir de ces tensions continues de 3.6 kilovolts fournies par les étages d’adaptation de niveau de tension50, les étages de conversion de type de tensions60génèrent entre les première et deuxième bornes alternatives32c,32d,34c,34d,36c,36dde chacun des convertisseurs électriques une tension alternative de 1.1 kilovolts en valeur efficace. Le dispositif de transformation d’énergie électrique40est configuré pour fournir, aux bornes de ses enroulements secondaires42b,44b,46b, trois tensions alternatives d’environ 400 volts chacune en valeur efficace, à partir de ces tension alternatives fournies par les étages de conversion de type de tensions60.From these direct voltages of 3.6 kilovolts supplied by the voltage level adaptation stages 50 , the voltage type conversion stages 60 generate between the first and second alternating terminals 32c , 32d , 34c , 34d , 36c , 36d from each of the electrical converters an alternating voltage of 1.1 kilovolts in effective value. The electrical energy transformation device 40 is configured to supply, at the terminals of its secondary windings 42b , 44b , 46b , three alternating voltages of approximately 400 volts each in effective value, from these alternating voltages supplied by the stages of voltage type conversion 60 .
A l’aide des figures5à8, nous allons maintenant décrire des variantes de l’étage d’adaptation de niveau de tension50et de l’élément convertisseur électrique60du convertisseur électrique de la
La
Cette variante correspond à une utilisation du système électrique10pour convertir une tension alternative à ses terminaux alternatifs16,18,20en une tension continue entre ses premier et deuxième terminaux continus12,14. Le système électrique10adopte alors un deuxième mode de fonctionnement dans lequel l’élément convertisseur électrique60de chacun des convertisseurs électriques se comporte comme un redresseur. L’élément convertisseur électrique60est configuré pour délivrer à l’étage d’adaptation de niveau de tension50une tension continue à partir de la tension alternative entre les première et deuxième bornes alternatives du convertisseur électrique correspondant. L’étage d’adaptation de niveau de tension50se comporte comme un abaisseur de tension. Il est configuré pour délivrer, entre les première et seconde bornes continues dudit convertisseur électrique correspondant, une tension continue inférieure à la tension continue fournie par l’élément convertisseur électrique60.This variant corresponds to use of the electrical system10to convert an alternating voltage to its alternating terminals16,18,20in a continuous voltage between its first and second continuous terminals12,14. The electrical system10then adopts a second mode of operation in which the electrical converter element60of each of the electrical converters behaves like a rectifier. The electrical converter element60is configured to deliver to the voltage level adaptation stage50a direct voltage from the alternating voltage between the first and second alternating terminals of the corresponding electrical converter. The voltage level adaptation stage50behaves like a voltage step-down. It is configured to deliver, between the first and second DC terminals of said corresponding electrical converter, a DC voltage lower than the DC voltage supplied by the electrical converter element60.
La
Cette variante correspond à une configuration du système électrique10dans laquelle il permet de convertir une tension alternative en une tension continue mais également de convertir une tension continue en une tension alternative. Le système électrique10peut donc adopter alternativement le premier mode de fonctionnement ou le deuxième mode de fonctionnement décrits précédemment. La sélection du mode de fonctionnement est de préférence réalisée par contrôle.This variant corresponds to a configuration of the electrical system 10 in which it makes it possible to convert an alternating voltage into a direct voltage but also to convert a direct voltage into an alternating voltage. The electrical system 10 can therefore alternately adopt the first mode of operation or the second mode of operation described above. The selection of the operating mode is preferably carried out by control.
La
Les premier et deuxième éléments de commutation commandablesT1’,T2’sont reliés entre eux en un premier point de connexion66formant la première borne alternative32cdu premier convertisseur électrique32. Les troisième et quatrième éléments de commutation commandablesT3’,T4’sont reliés entre eux en un deuxième point de connexion68formant ladite deuxième borne alternative32ddu premier convertisseur électrique.The first and second controllable switching elements T1' , T2' are connected together at a first connection point 66 forming the first alternating terminal 32c of the first electrical converter 32 . The third and fourth controllable switching elements T3' , T4' are connected together at a second connection point 68 forming said second alternative terminal 32d of the first electrical converter.
La
Les premiers éléments de commutation commandableT1des étages d’adaptation de niveau de tension50des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques32,34,36du système électrique10selon l’invention sont de préférence commandés selon une technique de modulation de largeur d’impulsion. Ces éléments de commutation commandables sont commandés au moyen de signaux de commandes modulés associés à un rapport cyclique. La
V INtot est la tension totale résultant de la somme des tensionsV IN1 ,V IN2 etV IN3 . V INtot is the total voltage resulting from the sum of the tensionsV IN1 ,V IN2 AndV IN3 .
Ces premier, deuxième et troisième signaux de commande sont modulés respectivement à partir de premier, deuxième et troisièmeP1,P2,P3illustrés en
Claims (16)
des premier et deuxième terminaux continus (12,14) configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique continu (100);
des premier, deuxième et troisième terminaux alternatifs (16,18,20) configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique alternatif (102);
au moins un dispositif de conversion (30) comportant :
- un premier convertisseur électrique (32), un deuxième convertisseur électrique (34) et un troisième convertisseur électrique (36) comprenant chacun une première borne continue (32a,34a,36a) et une seconde borne continue (32b,34b,36b), lesdits premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques étant connectés en série les uns par rapport aux autres, par leurs première et seconde bornes continues, entre les premier et deuxième terminaux continus, lesdits premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques comprenant en outre chacun au moins une première borne alternative (32c,34c,36c) et une deuxième borne alternative (32d,34d,36d);
- un dispositif de transformation d’énergie électrique (40) comprenant un premier enroulement primaire (42a) et un premier enroulement secondaire (42b) associé au premier enroulement primaire, un deuxième enroulement primaire (44a) et un deuxième enroulement secondaire (44b) associé au deuxième enroulement primaire, un troisième enroulement primaire (46a) et un troisième enroulement secondaire (46b) associé au troisième enroulement primaire, ledit premier enroulement primaire étant connecté aux première et deuxième bornes alternatives du premier convertisseur électrique, ledit deuxième enroulement primaire étant connecté aux première et deuxième bornes alternatives du deuxième convertisseur électrique, ledit troisième enroulement primaire étant connecté aux première et deuxième bornes alternatives du troisième convertisseur électrique, lesdits premier, deuxième et troisième enroulements secondaires présentant chacun au moins une borne reliée respectivement au premier terminal alternatif, au deuxième terminal alternatif et au troisième terminal alternatif du convertisseur,
caractérisé en ce qu’au moins le premier convertisseur électrique comprend un étage d’adaptation de niveau de tension (50), relié électriquement aux première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique, et un élément convertisseur électrique (60) connecté en cascade avec l’étage d’adaptation de niveau de tension et relié électriquement aux première et deuxième bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique, le système électrique pouvant adopter au moins un mode de fonctionnement choisi parmi :
un premier mode de fonctionnement dans lequel l’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour délivrer à l’élément convertisseur électrique une tension continue supérieure à la tension entre les première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique, l’élément convertisseur électrique étant configuré pour générer, entre les première et deuxième bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique, une tension alternative à partir de la tension continue fournie par l’étage d’adaptation de niveau de tension ; et
un deuxième mode de fonctionnement dans lequel l’élément convertisseur électrique est configuré pour délivrer à l’étage d’adaptation de niveau de tension une tension continue à partir de la tension alternative entre les première et deuxième bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique, l’étage d’adaptation de niveau de tension étant configuré pour délivrer, entre les première et seconde bornes continues dudit premier convertisseur électrique, une tension continue inférieure à la tension continue fournie par l’élément convertisseur électrique.Electrical system (10) for converting a direct voltage into an alternating voltage and/or converting an alternating voltage into a direct voltage, the electrical system comprising:
first and second continuous terminals (12,14) configured to be electrically connected to a continuous electrical supply network (100);
first, second and third alternating terminals (16,18,20) configured to be electrically connected to an alternating electrical power network (102);
at least one conversion device (30) comprising:
- a first electrical converter (32), a second electrical converter (34) and a third electrical converter (36) each comprising a first DC terminal (32a, 34a, 36a) and a second DC terminal (32b, 34b, 36b), said first, second and third electrical converters being connected in series with each other, by their first and second continuous terminals, between the first and second continuous terminals, said first, second and third electrical converters each further comprising at least one first alternative terminal (32c,34c,36c) and a second alternative terminal (32d,34d,36d);
- an electrical energy transformation device (40) comprising a first primary winding (42a) and a first secondary winding (42b) associated with the first primary winding, a second primary winding (44a) and a second secondary winding (44b) associated to the second primary winding, a third primary winding (46a) and a third secondary winding (46b) associated with the third primary winding, said first primary winding being connected to the first and second alternating terminals of the first electrical converter, said second primary winding being connected to the first and second alternating terminals of the second electrical converter, said third primary winding being connected to the first and second alternating terminals of the third electrical converter, said first, second and third secondary windings each having at least one terminal connected respectively to the first alternating terminal, to the second alternative terminal and the third alternative terminal of the converter,
characterized in that at least the first electrical converter comprises a voltage level adaptation stage (50), electrically connected to the first and second DC terminals of the first electrical converter, and an electrical converter element (60) connected in cascade with the voltage level adaptation stage and electrically connected to the first and second alternative terminals of said first electrical converter, the electrical system being able to adopt at least one operating mode chosen from:
a first mode of operation in which the voltage level adaptation stage is configured to deliver to the electrical converter element a DC voltage greater than the voltage between the first and second DC terminals of the first electrical converter, the converter element electrical being configured to generate, between the first and second alternating terminals of said first electrical converter, an alternating voltage from the direct voltage supplied by the voltage level adaptation stage; And
a second mode of operation in which the electrical converter element is configured to deliver to the voltage level adaptation stage a direct voltage from the alternating voltage between the first and second alternating terminals of said first electrical converter, the voltage level adaptation stage being configured to deliver, between the first and second DC terminals of said first electrical converter, a DC voltage lower than the DC voltage supplied by the electrical converter element.
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