WO2005104342A1 - Installation electrique d'alimentation d'un actionneur munie d'un dispositif de secours - Google Patents

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WO2005104342A1
WO2005104342A1 PCT/IB2005/001125 IB2005001125W WO2005104342A1 WO 2005104342 A1 WO2005104342 A1 WO 2005104342A1 IB 2005001125 W IB2005001125 W IB 2005001125W WO 2005104342 A1 WO2005104342 A1 WO 2005104342A1
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WO
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voltage
actuator
installation
electrical energy
storage means
Prior art date
Application number
PCT/IB2005/001125
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English (en)
Inventor
Bernard Grehant
Serge Bruno
Arnaud Heurtault
Didier Nicolo
Original Assignee
Somfy Sas
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Filing date
Publication date
Application filed by Somfy Sas filed Critical Somfy Sas
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/061—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/56—Operating, guiding or securing devices or arrangements for roll-type closures; Spring drums; Tape drums; Counterweighting arrangements therefor
    • E06B9/68—Operating devices or mechanisms, e.g. with electric drive
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Definitions

  • the invention relates to an electrical installation defined by the preamble of claim 1.
  • an emergency power supply is implemented in the event of a failure of the electrical distribution network (alternative 50-60 Hz) and in the event of energy demand resulting from a command to be executed by equipment.
  • This emergency power supply is produced by means of an assembly whose structure is shown diagrammatically by the first three figures of the cited patent application.
  • This supply allows, for example, the supply of a drive device for a garage door as described in the patent.
  • US 6,025,785 that is to say comprising an AC motor.
  • the assembly comprises a device for charging a battery, a battery, a DC-AC converter but also a control unit connected to a mains voltage detector and power switching means making it possible to connect the output of the assembly to the voltage.
  • the motors used in building equipment drive actuators are of the DC type and are supplied from the network by means of an AC-DC converter comprising a rectifier and a step-down voltage.
  • EP 1 078 436 discloses an electrical installation comprising an electrical device intended to be connected to the AC network and provided with a step-down converter for supplying an electrical circuit with a very low voltage direct voltage.
  • the installation includes a backup device fitted with a Low Voltage battery (100 - 120 V or 240 V) to supply the electrical device in the event of a network failure.
  • the object of the invention is to provide an electrical installation improving the installations known from the prior art and overcoming the drawbacks noted.
  • the electrical installation according to the invention although allowing the emergency supply of an actuator normally supplied by the electrical distribution network, has a very simple structure and its manufacturing cost and size are low.
  • the invention can also eliminate the constraints of electrical insulation.
  • the electrical installation according to the invention is characterized by the characterizing part of claim 1.
  • FIG. 1 is a diagram of an electrical installation comprising an electrical supply device according to the invention and an actuator.
  • FIG. 2 is a diagram of the internal converter of the actuator.
  • FIG. 3 is a detailed diagram of the structure of the power supply device according to the invention.
  • FIGS. 4a to 4e are diagrams of different electrical structures which the means for converting the voltage of the storage element into an output voltage of the device can present.
  • FIGS. 5a to 5f are diagrams of different electrical voltage signals that can be obtained at the input of the actuator.
  • Figure 6 is a detailed electrical diagram of a converter for powering the actuator motor.
  • the installation 1, shown in FIG. 1, includes an actuator 10 for the operation of mobile building equipment 20 such as a garage door, a shutter, a blind or the like, a remote control 30 for controlling this actuator 10 and a backup power supply device 40 for supplying the actuator with mains voltage (AC-H, AC-N) or for generating a supply voltage for the actuator in the event of a fault in the network.
  • an actuator 10 for the operation of mobile building equipment 20 such as a garage door, a shutter, a blind or the like
  • a remote control 30 for controlling this actuator 10
  • a backup power supply device 40 for supplying the actuator with mains voltage (AC-H, AC-N) or for generating a supply voltage for the actuator in the event of a fault in the network.
  • the remote control 30 is for example of the nomad type. It includes an antenna 31 in the case where the communication between the latter and the actuator is ensured by radio waves. It also includes a keyboard 32 allowing the user to enter commands.
  • the actuator 10 mainly comprises a DC motor 11, a step-down converter 12 of the synchronous type and means for switching 13 making it possible to apply the output voltage of a converter to the motor to make it rotate in the desired direction and also making it possible to short-circuit the motor when the latter is no longer supplied.
  • the positions of the switching means 13 are controlled, by means of the control line 16, by a control circuit 14, for example provided with a radio receiver enabling it to communicate with the nomadic remote control 30.
  • the orders Radio frequencies are picked up by an antenna 15.
  • the radio link is bidirectional so as to be able to inform the remote control of the correct execution of the orders received, or for example, of a power supply fault of the actuator.
  • the electric motor 11 is of the direct current type, preferably with permanent magnets.
  • UDC its nominal voltage which is typically 12 V, 24 V, 36 V or 48 V.
  • the actuator is designed to be directly supplied by the alternative electrical power distribution network, for example 230 V, 50 or 60 Hz, or even 110 V, 50 or 60 Hz, by means of two mains terminals 17 constituted for example by an electrical outlet.
  • the step-down converter 12 makes it possible to adapt the network voltage to the nominal voltage of the motor.
  • the step-down converter 12 is preferably of the synchronous type, that is to say it is a non-isolated AC-DC step-down converter, equipped with a rectifier followed by an energy storage element such than a capacitor and a controlled switch making it possible to establish a connection between the output of the rectifier and the capacitor. So when the voltage across one and / or the other goes below of given threshold (s), the switch is closed and, when the voltage across this capacitor reaches a sufficient value, and / or as soon as the output voltage of the rectifier rises above a given value , the switch is open. Depending on the arrangements, the controlled switch is closed once or twice by half-cycle of the mains voltage.
  • Such devices are known for example from patent application WO 03/030344 by the applicant.
  • the step-down converter can be chosen from another type than synchronous. In this case, it must necessarily include a first rectification stage as represented by the block 121 of FIG. 1, and it must have a wide operating dynamic compared to the possible variations of the input voltage.
  • an emergency power supply device 40 between the electrical distribution network and the actuator in order to ensure the supply of power to the actuator in the event of failure of the network.
  • This emergency power supply device 40 includes an element 41 for storing electrical energy such as a storage battery.
  • the nominal voltage of this storage element is of the Very Low Voltage type (for example 12 V or 24 V).
  • An element of the Very Low Voltage type is understood to mean an element whose nominal voltage is less than or equal to 48V.
  • This type of element makes it possible to guarantee low manufacturing costs and space requirements of the emergency power supply device although it requires a voltage conversion device 47 to charge the element thanks to the energy supplied by the network. .
  • the fact of using a very low voltage emergency supply device considerably simplifies the electrical insulation constraints, which contributes to reducing costs. In this case, it is the two input terminals 42 of the emergency power supply device 40 which are connected to the network, while the output terminals 43 of the emergency power supply device 40 are connected to the mains terminals 17 of l actuator.
  • the converter 12 is shown in detail in FIG. 2.
  • a rectifying means 121 for example a Gra ⁇ tz bridge with diodes.
  • the voltage at the terminals 17 rectified by the rectifying means 121 is then lowered by lowering means 122.
  • the rectified voltage makes it possible to charge a capacitor 21 through a controlled switch 22.
  • a current limiter 23 can be constituted by a simple resistance, but also by an inductive circuit.
  • the voltage converter can have the structure shown in FIG. 6. This converter has two input terminals A and B to which an alternating voltage U is applied, for example the network voltage.
  • the converter comprises an energy storage capacitor 61 supplied on the one hand by a first full-wave rectifier assembly 68 (diodes in Graetz bridge), via a switch 62, in this case a MOS or controlled field effect transistor. by a control unit not shown, and supplied on the other hand by the output of a second full-wave rectifier assembly 67.
  • the input of the rectifier assembly 68 is connected between the input terminals A, B in series with a resistor 66 and the primary 651 of a transformer 65.
  • the secondary 653 of the transformer is connected to the input of the second full-wave rectifier assembly 67, the output of which is connected to the output S of the voltage converter.
  • the current in the switch 62 is limited by placing the resistor 66 and the primary 651 of the transformer in series. We are therefore in the presence of a highly inductive current limiter.
  • FIG. 6 shows that in the case of a step-down converter 12 of synchronous type, the rectifier is therefore not necessarily placed as an input element of the converter.
  • a mains synchronization control circuit 24 controls the closing of the controlled switch 22 when the voltage coming from the rectifier or the output voltage of the converter is less than a given threshold and controls the opening of the controlled switch when the output voltage has reached a given value or when the voltage from the rectifier becomes greater than a given value.
  • a first alternative embodiment of the emergency power supply device 40 according to the invention comprises two input terminals 42 connected to the electrical energy supply network, two output terminals 43a and 43b intended for be connected to an actuator to be supplied, an electrical energy storage element such as a storage battery 41, a means 47 for converting the input voltage into a charging voltage of the battery 41 and a means for conversion 44 of the battery voltage into an output voltage of the device.
  • This voltage conversion means 44 can in particular have a switch 45 controlled by an oscillator 46 supplied with voltage across the terminals of the battery 41.
  • the electrical energy storage element 41 has two poles 41a and 41b which are connected, like the input terminals 42, to switching means 52.
  • a voltage detector 51 monitors the presence of a voltage on the electrical supply network and consequently controls the controlled switches 52a and 52b.
  • the controlled switches 52a and 52b respectively connect: terminal 41a of the storage element to the output terminal 43a directly, and terminal 41b of the element storage at the output terminal 43b through the voltage conversion means 44.
  • the controlled switches 52a and 52b connect the input terminals 42 of the emergency power supply device to the terminals 43a and 43b.
  • the voltage conversion means 44 comprises an inductor 49 and a capacitor 48.
  • the controlled switch 45 changes from a closed state to an open state, the voltage across the terminals follows a sinusoidal type growth to reach a double amplitude of the voltage delivered by the energy storage element 41.
  • the time width of the pulse depends on the inductance and capacitance values of the elements chosen. It is conventional to close the switch 45 when the voltage across its terminals is zero, which eliminates any loss by switching. Waves are then obtained of the type shown diagrammatically in FIGS. 5a, 5b or 5e. If the switch 45 remains open longer, it is possible to obtain oscillations in the form of damped sinusoids, as shown in FIGS. 5c, 5d and 5f. Having negative zones is not a problem since they are then rectified by rectifier 121 of the actuator. If a MOS transistor is used to make the switch 45, the intrinsic source-drain diode suppresses negative half-waves.
  • the operation, and therefore the shape of the waves of the output voltage is more or less influenced by the consumption of the actuator connected to the output terminals 43a and 43b.
  • FIG. 4b the means for converting the voltage of the storage element into output voltage comprises an inductor 49 and a controlled switch 45.
  • the function of the capacitor of the previous variant can be ensured by the capacitor 21 present in the voltage lowering means 122 of the converter 12 of the actuator.
  • the switch 45 is placed in series with the inductor 49 and the capacitor 48 is connected to the terminals of exit 43a and 43b.
  • the synergistic effect between the actuator and the voltage conversion means can be used so that the functions of the inductor 49 and the capacitor 48 are performed respectively by the current limiter 23 of the converter of the actuator if it is of an inductive nature and by the capacitor 22 of the converter of the actuator, as illustrated in FIG. 4d.
  • the lower terminal of the tripole 44 is not connected to terminals 41a and 43a.
  • the controlled switch of the voltage converter is eliminated.
  • the function of the switch 45 of the emergency power supply device is provided by the switch 22 of the converter 12 of the actuator.
  • FIGS. 4a to 4e Any combination of the structures shown diagrammatically in FIGS. 4a to 4e is possible.
  • the output voltage of the emergency power supply device is continuous, although the current supplied is not. It is also noted that the current supplied by the emergency power supply device depends directly on the consumption of the actuator, which acts, via the control circuit 24, on the activation frequency of the controlled switch 22 .
  • a current sensor 50 shown in FIG. 3, makes it possible to supply the oscillator 46 with a current measurement which is used for controlling the controlled switch 45. It should be noted that this measurement is greatly simplified when the converter of the actuator is such as that represented in FIG. 2 or in FIG. 6. The current is absorbed intermittently and its approximate measurement can be carried out simply by determining the time of circulation of this current.
  • the current sensor can simply consist of an opto-coupler, the light-emitting diode of which is placed in series on one of the output wires and whose transistor is connected to the input of a time measurement circuit of the microcontroller.
  • the complementarity acts in particular when the converter has the structure shown in FIG. 2, with a highly inductive current limiter 23, and even more so when the converter has the structure shown in FIG. 6, the inductance of the primary winding 651 intervening strongly in the current limitation.
  • the operating logic of the control circuit 24 can make the switch 22 permanently conductive in FIG. 2, or can make the switch 62 permanently conductive in FIG. 6.
  • the voltage across the terminals of the current limiter becomes zero if it is purely inductive, which avoids an additional loss of voltage: the diagram therefore adapts naturally at the presence of a DC input voltage and of low value.
  • a second variant of the emergency power supply device differs from the first variant in that the emergency power supply device does not include means for converting the voltage of the storage element.
  • Such a variant having no conversion means raising the voltage of the storage element can be used when the voltage across the terminals of the storage element is high, and at least equal to or greater than the nominal voltage of the current motor.
  • DC actuator In this case, the switch 22 can remain permanently closed if the voltage of the storage element is close to the nominal voltage of the DC motor.
  • the advantage of having an inductive element 23 or 65 in the step-down converter is that it does not does not cause an additional voltage drop for a supply under DC voltage.
  • a third variant of the emergency power supply device differs from the first variant in that the emergency power supply device does not include means ensuring recharging of the element 41 for storing electrical energy.
  • the storage element not being recharged, it can be constituted by a storage battery but also by a battery or a set of batteries.
  • a fourth variant of the emergency power supply device differs from the first variant in that the emergency power supply device does not include switching means 52 for alternately connecting the output terminals 43a and 43b to the terminals 41a and 41b or to the terminals 42.
  • all of the actuator supply periods are made via the storage element without taking into account the presence or absence of voltage on the electrical distribution network.
  • the structures of the various alternative embodiments of the emergency power supply device according to the invention have a simplified architecture compared to inverters type converters known from the prior art insofar as they have at most one controlled controlled switch 45 in frequency. Consequently at least one 41a of the terminals of the storage element is permanently connected to one 43a of the output terminals.
  • the cost of producing the converter according to the invention is therefore lower than the cost of manufacturing an inverter.
  • the voltage from a converter according to the invention is therefore not alternative, however, it allows the electrical supply of a actuator comprising a synchronous type converter and a DC motor.
  • the output voltage delivered is of the pulse type, that is to say formed one or more pulses.
  • the pulses are for example all positive and repeat at a frequency close to 100 Hz.
  • the pulses can also be in the form of a first positive wave followed by a second negative wave, of lower amplitude. It can also be a decreasing wave train. Each group or train of pulses repeats at a frequency of 100 Hz when a large power is required to supply the actuator.
  • the production of pulses can also be controlled by the current absorbed by the actuator, and therefore decrease spontaneously when the motor is not supplied.
  • the voltage or current pulses supplied by the emergency power supply device can have their frequency directly fixed by the control circuit 24 of the controlled switch 22 in the case of FIG. 4e, or even in a similar case where the inductive element 23 would be replaced by the inductive element 49.
  • FIGS. 5a to 5f give examples of waves delivered by an emergency power supply device according to the invention.
  • very low loss circuits are chosen, with switching at zero voltage and / or at zero current. This is the case of pseudo-resonant montages.
  • the latter is advantageously the battery of an automobile parked near the actuator, and the connection between the The actuator and the battery is preferably carried out using the cigarette lighter socket of the automobile.
  • the two-wire connection cable therefore comprises a male cigarette lighter plug at one end and a female sector plug at the other end shaped to be connected to the mains terminals of the actuator.
  • the actuator is a garage door actuator, and has a lighting lamp, it is useful that this lamp is automatically disconnected when there is power from the emergency power supply.
  • the actuator includes a lamp connection means which is only activated if the supply voltage is that of the mains.
  • a triac is used which will only be primed if the voltage available on the input terminals 43 of the actuator is close to that of the sector and in any case much greater than that delivered by the energy storage means.
  • a relay and a voltage comparator can also be used to perform this function.

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Abstract

L'installation comprend un actionneur muni d'un convertisseur abaisseur pour l'alimentation sous une tension réduite d'un moteur à courant continu et de deux bornes secteur normalement destinées à relier l'actionneur au réseau (AC-H, AC-N) alternatif de distribution d'énergie électrique. L'installation comprend un dispositif d'alimentation de secours (40) incluant des bornes de sortie (43a, 43b) reliées aux bornes secteur (17) et un moyen de stockage d'énergie électrique (41). Elle est caractérisée en ce que le moyen de stockage d'énergie électrique est de type Très Basse Tension et en ce qu'au moins pendant les phases d'alimentation de l'actionneur (10) par le moyen de stockage d'énergie électrique (41), une liaison galvanique au moins intermittente raccorde le moyen de stockage d'énergie électrique (41) aux bornes secteur (17).

Description

Installation électrique d'alimentation d'un actionneur munie d'un dispositif de secours.
L'invention concerne une installation électrique définie par le préambule de la revendication 1.
Dans le domaine des actionneurs munis de moteurs à courant alternatif et permettant l'actionnement de portes de garage, de portails, de barrières, de volets roulants ou d'autres équipements du bâtiment de tels dispositifs de conversion de tension sont utilisés. Ils permettent d'assurer à l'utilisateur la possibilité de manœuvrer les équipements même en cas de panne du réseau de distribution électrique. Par exemple, il est important que des stores puissent être remontés en cas de vent, même en l'absence accidentelle de tension sur le réseau d'alimentation.
Il est par exemple connu du brevet US 4,797,567 d'utiliser un convertisseur continu-alternatif ou onduleur, pour se substituer au réseau en cas de défaillance de celui-ci. Ce convertisseur est alors intercalé entre le réseau électrique d'alimentation et l'actionneur. Ce convertisseur a pour fonction de reconstruire une tension alternative à partir d'énergie électrique stockée dans un élément de stockage tel qu'une batterie d'accumulateurs.
Dans la demande de brevet US 2003/0090157, une alimentation de secours est mise en œuvre en cas de défaillance du réseau de distribution électrique (alternatif 50-60 Hz) et en cas de besoin d'énergie résultant d'une commande à exécuter par l'équipement. Cette alimentation de secours est réalisée grâce à un montage dont la structure est schématisée par les trois premières figures de la demande de brevet citée. Cette alimentation permet par exemple l'alimentation d'un dispositif d'entraînement d'une porte de garage tel que décrit dans le brevet US 6,025,785, c'est-à-dire comprenant un moteur à courant alternatif. Le montage comprend un dispositif de charge d'une batterie, une batterie, un convertisseur continu-alternatif mais également une unité de commande reliée à un détecteur de tension secteur et des moyens de commutation de puissance permettant de relier la sortie du montage à la tension du réseau ou à la sortie du convertisseur continu-alternatif, selon l'état du détecteur de tension secteur. En ce qui concerne l'alimentation d'actionneurs d'équipements du bâtiment dont la puissance n'excède jamais quelques dizaines ou centaines de watts, un tel dispositif d'alimentation de secours se révèle particulièrement coûteuse au regard du prix de l'équipement à commander.
Cependant, il est fréquent que les moteurs utilisés dans les actionneurs d'entraînement d'équipements du bâtiment sont du type à courant continu et sont alimentés à partir du réseau par le biais d'un convertisseur alternatif-continu comprenant un redresseur et un abaisseur de tension.
De la demande de brevet FR 2 692 418, on connaît une installation de stores vénitiens, telle que dans chaque caisson de store vénitien sont logés un moteur à courant continu très basse tension, une batterie et un dispositif convertisseur formé par un transformateur et par un redresseur. La batterie sert à accumuler l'énergie reçue du réseau et à alimenter le moteur. Une telle installation présente un coût très élevé lorsqu'elle est destinée à des applications où la manœuvre des équipements n'est pas nécessaire en cas de panne du réseau.
Il apparaît cependant utile de pouvoir proposer un actionneur qui puisse être branché soit directement, soit par l'intermédiaire d'une alimentation de secours, sur le réseau de distribution électrique. On connaît du brevet EP 1 078 436, une installation électrique comprenant un dispositif électrique destiné à être relié au réseau alternatif et muni d'un convertisseur abaisseur pour alimenter un circuit électrique par une tension continue Très Basse Tension. L'installation comprend un dispositif de secours muni d'une batterie Basse Tension (100 - 120 V ou 240 V) pour alimenter le dispositif électrique en cas de panne du réseau. Bien qu'offrant une solution au problème évoqué précédemment, cette solution présente des inconvénients. Les batteries Basse Tension sont chères et encombrantes.
Le but de l'invention est de fournir une installation électrique améliorant les installations connues de l'art antérieur et palliant aux inconvénients relevés. En particulier, l'installation électrique selon l'invention, bien que permettant l'alimentation de secours d'un actionneur normalement alimenté par le réseau de distribution électrique, présente une structure très simple et son coût de fabrication et son encombrement sont faibles. L'invention peut également supprimer les contraintes d'isolation électrique.
L'installation électrique selon l'invention est caractérisée par la partie caractérisante de la revendication 1.
Différentes variantes de réalisation de l'installation selon l'invention sont définies par les revendications dépendantes 2 à 11.
Le dessin annexé présente, à titre d'exemple, une installation électrique selon l'invention.
La figure 1 est un schéma d'une installation électrique comprenant un dispositif d'alimentation électrique selon l'invention et un actionneur. La figure 2 est un schéma du convertisseur interne de l'actionneur.
La figure 3 est un schéma de détail de la structure du dispositif d'alimentation électrique selon l'invention.
Les figures 4a à 4e sont des schémas de différentes structures électriques que peuvent présenter les moyens de conversion de la tension de l'élément de stockage en une tension de sortie du dispositif.
Les figures 5a à 5f sont des schémas de différents signaux de tension électrique pouvant être obtenus à l'entrée de l'actionneur.
La figure 6 est un schéma électrique détaillé d'un convertisseur permettant d'alimenter le moteur de l'actionneur.
L'installation 1 , représentée à la figure 1 , comprend un actionneur 10 pour la manœuvre d'un équipement mobile du bâtiment 20 tel qu'une porte de garage, un volet roulant, un store ou similaire, une télécommande 30 pour la commande de cet actionneur 10 et un dispositif d'alimentation de secours 40 pour alimenter l'actionneur à partir de la tension du réseau (AC-H, AC-N) ou pour générer une tension d'alimentation de l'actionneur en cas de panne du réseau.
La télécommande 30 est par exemple du type nomade. Elle comprend une antenne 31 dans le cas où la communication entre celle-ci et l'actionneur est assurée par des ondes radioélectriques. Elle comprend également un clavier 32 permettant à l'utilisateur de saisir des commandes.
L'actionneur 10 comprend principalement un moteur à courant continu 11 , un convertisseur abaisseur 12 de type synchrone et des moyens de commutation 13 permettant d'appliquer au moteur la tension de sortie d'un convertisseur pour le faire tourner dans le sens désiré et permettant également de court-circuiter le moteur lorsque celui-ci n'est plus alimenté.
Les positions des moyens de commutation 13 sont pilotés, au moyen de la ligne de commande 16, par un circuit de commande 14, par exemple muni d'un récepteur radio lui permettant de communiquer avec la télécommande nomade 30. Dans ce cas, les ordres radio-fréquences sont captés par une antenne 15. Avantageusement, la liaison radioélectrique est bidirectionnelle de manière à pouvoir informer la télécommande de la bonne exécution des ordres reçus, ou par exemple, d'un défaut d'alimentation de l'actionneur.
Le moteur électrique 11 , est de type à courant continu, préferentiellement à aimants permanents. On appelle UDC sa tension nominale qui est typiquement 12 V, 24 V, 36 V ou 48 V.
L'actionneur est conçu pour être directement alimenté par le réseau alternatif de distribution d'énergie électrique, par exemple 230 V, 50 ou 60 Hz, ou encore 110 V, 50 ou 60 Hz, au moyen de deux bornes secteur 17 constituée par exemple par une prise électrique. En effet, le convertisseur abaisseur 12 permet d'adapter la tension du réseau à la tension nominale du moteur.
Le convertisseur abaisseur 12 est préferentiellement de type synchrone, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un convertisseur abaisseur alternatif-continu non isolé, équipé d'un redresseur suivi d'un élément de stockage d'énergie tel qu'un condensateur et d'un interrupteur commandé permettant d'établir une liaison entre la sortie du redresseur et le condensateur. Ainsi, lorsque la tension aux bornes de l'un et/ou de l'autre passe en dessous de seuil(s) donné(s), l'interrupteur et fermé et, lorsque la tension aux bornes de ce condensateur atteint une valeur suffisante, et/ou dès que la tension de sortie du redresseur passe au-dessus d'une valeur donnée, l'interrupteur est ouvert. Selon les montages, l'interrupteur commandé est fermé une fois ou deux fois par demi-alternance de la tension du réseau. De tels dispositifs sont connus par exemple de la demande de brevet WO 03/030344 de la demanderesse.
Le convertisseur abaisseur peut être choisi d'un autre type que synchrone. Dans ce cas, il doit nécessairement comprendre un premier étage de redressement comme représenté par le bloc 121 de la figure 1 , et il doit présenter une large dynamique de fonctionnement par rapport aux variations possibles de la tension d'entrée.
Cependant, comme cela est représenté à la figure 1 , on souhaite aussi pouvoir intercaler un dispositif d'alimentation de secours 40 entre le réseau de distribution électrique et l'actionneur afin d'assurer l'alimentation de l'actionneur en cas de panne du réseau.
Ce dispositif d'alimentation de secours 40, comprend un élément 41 de stockage d'énergie électrique tel qu'une batterie d'accumulateurs. De préférence, la tension nominale de cet élément de stockage est de type Très Basse Tension (par exemple 12 V ou 24 V). On entend, par élément de type Très Basse Tension, un élément dont la tension nominale est inférieure ou égale à 48V. Ce type d'élément permet de garantir de faibles coûts de fabrication et d'encombrement du dispositif d'alimentation de secours bien qu'il nécessite un dispositif 47 de conversion de tension pour charger l'élément grâce à l'énergie fournie par le réseau. De plus, le fait d'utiliser un dispositif d'alimentation de secours Très Basse Tension simplifie considérablement les contraintes d'isolation électrique, ce qui contribue à réduire les coûts. Dans ce cas, ce sont les deux bornes 42 d'entrée du dispositif d'alimentation de secours 40 qui sont reliées au réseau, tandis que les bornes 43 de sortie du dispositif d'alimentation de secours 40 sont reliées aux bornes secteur 17 de l'actionneur.
Le convertisseur 12 est représenté en détail à la figure 2. Aux bornes 17 destinées à recevoir la tension d'alimentation de l'actionneur, est connecté un moyen de redressement 121 , par exemple un pont de Graëtz à diodes. La tension aux bornes 17 redressée par le moyen de redressement 121 est ensuite abaissée par des moyens d'abaissement 122. La tension redressée permet de charger un condensateur 21 à travers un interrupteur commandé 22. Un limiteur de courant 23 peut être constitué par une simple résistance, mais aussi par un circuit inductif. Avantageusement, le convertisseur de tension peut présenter la structure représentée à la figure 6. Ce convertisseur présente deux bornes d'entrée A et B auxquelles est appliquée une tension alternative U, par exemple la tension du réseau. Le convertisseur comprend un condensateur de stockage d'énergie 61 alimenté d'une part par un premier montage redresseur double alternance 68 (diodes en pont de Graetz), via un interrupteur 62, en l'occurrence un transistor MOS ou à effet de champ commandé par un bloc de commande non représenté, et alimenté d'autre part par la sortie d'un deuxième montage redresseur double alternance 67. L'entrée du montage redresseur 68 est branché entre les bornes d'entée A, B en série avec une résistance 66 et le primaire 651 d'un transformateur 65. Le secondaire 653 du transformateur est relié à l'entrée du deuxième montage redresseur double alternance 67 dont la sortie est connectée à la sortie S du convertisseur de tension. Le courant dans l'interrupteur 62 est limité par la mise en série de la résistance 66 et du primaire 651 du transformateur. On est donc en présence d'un limiteur de courant fortement inductif. La figure 6 montre que dans le cas d'un convertisseur abaisseur 12 de type synchrone, le redresseur n'est donc pas nécessairement placé comme élément d'entrée du convertisseur.
La tension aux bornes du condensateur 21 sert de tension de sortie du convertisseur 12. Un circuit de pilotage à synchronisation secteur 24 commande la fermeture de l'interrupteur commandé 22 quand la tension issue du redresseur ou la tension de sortie du convertisseur est inférieure à un seuil donné et commande l'ouverture de l'interrupteur commandé quand la tension de sortie a atteint une valeur donnée ou encore quand la tension issue du redresseur devient supérieure à une valeur donnée.
Une première variante de réalisation du dispositif d'alimentation de secours 40 selon l'invention, représenté à la figure 3, comprend deux bornes d'entrée 42 reliées au réseau d'alimentation en énergie électrique, deux bornes de sortie 43a et 43b destinées à être reliées à un actionneur à alimenter, un élément de stockage d'énergie électrique tel qu'une batterie d'accumulateur 41 , un moyen de conversion 47 de la tension d'entrée en une tension de charge de la batterie 41 et un moyen de conversion 44 de la tension de la batterie en une tension de sortie du dispositif. Ce moyen de conversion de tension 44 peut en particulier présenter un interrupteur 45 commandé par un oscillateur 46 alimenté par la tension aux bornes de la batterie 41. L'élément de stockage d'énergie électrique 41 présente deux pôles 41a et 41b qui sont reliés, comme les bornes d'entrée 42, à des moyens de commutation 52. Un détecteur de tension 51 contrôle la présence d'une tension sur le réseau d'alimentation électrique et pilote en conséquence des interrupteurs commandés 52a et 52b. Ainsi, en cas d'absence de tension sur le réseau, les interrupteurs commandés 52a et 52b connectent respectivement : la borne 41a de l'élément de stockage à la borne de sortie 43a de manière directe, et la borne 41b de l'élément de stockage à la borne de sortie 43b au travers du moyen de conversion de tension 44. Et, en cas de présence de la tension sur le réseau, les interrupteurs commandés 52a et 52b connectent les bornes d'entrée 42 du dispositif d'alimentation de secours aux bornes de sortie 43a et 43b.
Différentes variantes du moyen de conversion de tension 44 sont représentées aux figures 4a à 4d.
Dans la figure 4a, le moyen de conversion de tension 44 comprend une inductance 49 et un condensateur 48. Lorsque l'interrupteur commandé 45 passe d'un état fermé à un état ouvert, la tension aux bornes suit une croissance de type sinusoïdal pour atteindre une amplitude double de la tension délivrée par l'élément de stockage d'énergie 41. La largeur temporelle de l'impulsion dépend des valeurs d'inductance et de capacité des éléments choisis. Il est classique de fermer l'interrupteur 45 au moment où la tension à ses bornes est nulle, ce qui supprime toute perte par commutation. On obtient alors des ondes du type schématisé par les figures 5a, 5b ou 5e. Si l'interrupteur 45 reste ouvert plus longtemps, on peut obtenir des oscillations sous forme de sinusoïdes amorties, comme représenté aux figures 5c, 5d et 5f. Le fait d'avoir des zones négatives n'est pas gênant puisqu'elles sont ensuite redressées par le redresseur 121 de l'actionneur. Si un transistor MOS est utilisé pour réaliser l'interrupteur 45, la diode intrinsèque source-drain supprime les alternances négatives.
Selon la valeur des composants, le fonctionnement, et donc la forme des ondes de la tension de sortie, est plus ou moins influencé par la consommation de l'actionneur branché aux bornes de sortie 43a et 43b.
11 y a non seulement influence mais synergie possible entre le dispositif d'alimentation de secours et l'actionneur qu'il alimente. Ceci est illustré par la figure 4b dans laquelle le moyen de conversion de la tension de l'élément de stockage en tension de sortie comprend une inductance 49 et un interrupteur commandé 45. En effet, la fonction du condensateur de la variante précédente peut être assurée par le condensateur 21 présent dans les moyens d'abaissement de tension 122 du convertisseur 12 de l'actionneur.
Dans une autre variante des moyens de conversion de la tension de l'élément de stockage en tension de sortie, représentée à la figure 4c, l'interrupteur 45 est placé en série avec l'inductance 49 et le condensateur 48 est relié aux bornes de sortie 43a et 43b.
De même que vu précédemment, l'effet de synergie entre l'actionneur et le moyen de conversion de tension, peut être utilisé de manière à ce que les fonctions de l'inductance 49 et du condensateur 48 soient assurées respectivement par le limiteur de courant 23 du convertisseur de l'actionneur si celui-ci est de nature inductive et par le condensateur 22 du convertisseur de l'actionneur, comme illustré par la figure 4d. Dans cette variante représenté à la figure 4d, la borne inférieure du tripôle 44 n'est pas reliée aux bornes 41a et 43a.
Enfin, dans la variante représentée à la figure 4e, l'interrupteur commandé du convertisseur de tension est supprimé. La fonction de l'interrupteur 45 du dispositif d'alimentation de secours est assurée par l'interrupteur 22 du convertisseur 12 de l'actionneur.
Toute combinaison des structures schématisées aux figures 4a à 4e est possible. On peut par exemple prévoir dans le dispositif d'alimentation de secours uniquement une inductance 49 en série avec la batterie d'accumulateurs 41 et assurer les fonctions du condensateur 48 et de l'interrupteur commandé 45 grâce à l'interrupteur commandé 22 et au condensateur 21 du convertisseur 12 de l'actionneur.
L'intérêt de ces montages réside dans le fait qu'ils permettent la charge du condensateur 21 sous une tension supérieure à la tension de la batterie. Par ailleurs, la valeur d'inductance nécessaire à réaliser l'élévation de tension est très inférieure à celle utilisée dans la reconstruction d'une sinusoïde 50 Hz ou 60 Hz d'un onduleur traditionnel.
On remarque que, dans le cas de la figure 4e, la tension de sortie du dispositif d'alimentation de secours est continue, bien que le courant fourni ne le soit pas. On remarque également que le courant fourni par le dispositif d'alimentation de secours dépend directement de la consommation de l'actionneur, laquelle agit, par l'intermédiaire du circuit de pilotage 24, sur la fréquence d'activation de l'interrupteur commandé 22.
On peut également prévoir dans les cas d'utilisation d'un interrupteur commandé dans le dispositif d'alimentation de secours que la fréquence d'activation de celui-ci dépende également du courant absorbé par l'actionneur. A cet effet, un capteur de courant 50, représenté en figure 3, permet de fournir à l'oscillateur 46 une mesure de courant qui est utilisée pour le pilotage de l'interrupteur commandé 45. Il est à noter que cette mesure est grandement simplifiée lorsque le convertisseur de l'actionneur est tel que celui représenté à la figure 2 ou à la figure 6. Le courant est absorbé de manière intermittente et sa mesure approchée peut-être réalisée simplement en déterminant le temps de circulation de ce courant. Si l'oscillateur 46 contient un microcontrôleur, le capteur de courant peut tout simplement être constitué d'un opto-coupleur dont la diode électroluminescente est placée en série sur l'un des fils de sortie et dont le transistor est relié à l'entrée d'un circuit de mesure de temps du microcontrôleur.
La complémentarité agit en particulier lorsque le convertisseur a la structure représentée en figure 2, avec un limiteur de courant 23 fortement inductif, et plus encore lorsque le convertisseur a la structure représentée en figure 6, l'inductance du bobinage primaire 651 intervenant fortement dans la limitation du courant.
En effet, dans le cas d'une tension d'entrée continue et de valeur égale à la tension nécessaire, la logique de fonctionnement du circuit de pilotage 24 peut rendre l'interrupteur 22 conducteur en permanence dans la figure 2, ou peut rendre l'interrupteur 62 conducteur en permanence dans la figure 6. En absence de variations brutales de courant la tension aux bornes du limiteur de courant devient nulle s'il est purement inductif, ce qui évite une perte de tension supplémentaire : le schéma s'adapte donc naturellement à la présence d'une tension d'entrée continue et de faible valeur.
Une deuxième variante du dispositif d'alimentation de secours diffère de la première variante en ce que le dispositif d'alimentation de secours ne comprend pas de moyens de conversion de la tension de l'élément de stockage. Une telle variante ne présentant pas de moyen de conversion élevant la tension de l'élément de stockage peut être utilisée lorsque la tension aux bornes de l'élément de stockage est élevée, et au moins égale ou supérieure à la tension nominale du moteur à courant continu de l'actionneur Dans ce cas, l'interrupteur 22 peut rester fermé en permanence si la tension de l'élément de stockage est voisine de la tension nominale du moteur à courant continu. L'intérêt de disposer d'un élément inductif 23 ou 65 dans le convertisseur abaisseur est qu'il ne provoque pas de chute de tension supplémentaire pour une alimentation sous une tension continue.
Une troisième variante du dispositif d'alimentation de secours diffère de la première variante en ce que le dispositif d'alimentation de secours ne comprend pas de moyens assurant la recharge de l'élément 41 de stockage d'énergie électrique. L'élément de stockage n'étant pas rechargé, il peut être constitué par une batterie d'accumulateur mais également par une pile ou un ensemble de piles.
Une quatrième variante du dispositif d'alimentation de secours diffère de la première variante en ce que le dispositif d'alimentation de secours ne comprend pas de moyens de commutation 52 pour relier alternativement les bornes de sortie 43a et 43b aux bornes 41a et 41b ou aux bornes 42. Dans cette variante, toutes les périodes d'alimentation de l'actionneur se font par le biais de l'élément de stockage sans tenir compte de la présence ou de l'absence de tension sur le réseau de distribution électrique.
Les structures des différentes variantes de réalisation du dispositif d'alimentation de secours selon l'invention présente une architecture simplifiée par rapport aux convertisseurs de type onduleur connus de l'état de la technique dans la mesure où elles présentent au maximum un interrupteur commandé 45 piloté en fréquence. Par conséquent au moins l'une 41a des bornes de l'élément de stockage est reliée en permanence à l'une 43a des bornes de sortie. Le coût de réalisation du convertisseur selon l'invention est par conséquent inférieur au coût de fabrication d'un onduleur.
La tension issue d'un convertisseur selon l'invention n'est par conséquent pas alternative, cependant, elle permet l'alimentation électrique d'un actionneur comprenant un convertisseur de type synchrone et un moteur à courant continu.
Dans les cas où le dispositif d'alimentation de secours comprend un moyen de conversion de la tension de l'élément de stockage muni d'un interrupteur commandé, la tension de sortie délivrée est de type impulsionnel, c'est-à-dire formée d'une ou plusieurs impulsions. Les impulsions sont par exemple toutes positives et se répètent à une fréquence voisine de 100 Hz. Les impulsions peuvent aussi se présenter sous forme d'une première onde positive suivie d'une seconde onde négative, d'amplitude inférieure. Il peut aussi s'agir d'un train d'ondes décroissantes. Chaque groupe ou train d'impulsions se répète à une fréquence de 100 Hz lorsqu'une puissance importante est demandée pour l'alimentation de l'actionneur.
La valeur de 100 Hz est donnée à titre indicatif seulement : cette fréquence est fixée par les composants de l'oscillateur 46. En prenant 100 Hz, on se place dans des conditions identiques, pour la fréquence de répétition, au cas du réseau 50 Hz. Mais, il est tout à fait possible de prendre une fréquence encore supérieure pour permettre un plus grand transfert d'énergie, s'il y a lieu, entre le dispositif d'alimentation de secours et l'actionneur.
Inversement, la production des impulsions peut être également asservie au courant absorbé par l'actionneur, et donc diminuer spontanément quand le moteur n'est pas alimenté.
Enfin, les impulsions de tension ou de courant fournies par le dispositif d'alimentation de secours peuvent avoir leur fréquence directement fixée par le circuit de pilotage 24 de l'interrupteur commandé 22 dans le cas de la figure 4e, ou encore dans un cas similaire où l'élément inductif 23 serait remplacé par l'élément inductif 49.
Les figures 5a à 5f donnent des exemples d'ondes délivrées par un dispositif d'alimentation de secours selon l'invention.
On choisit de préférence des montages à très faibles pertes, avec commutation lors de tension nulle et/ou lors de courant nul. C'est le cas de montages pseudo-résonnants.
Dans le cas où une liaison directe et permanente est réalisée avec le moyen de stockage d'énergie électrique (comme en figure 4e), ce dernier est avantageusement la batterie d'une automobile stationnée à proximité de l'actionneur, et la liaison entre l'actionneur et la batterie est effectuée préferentiellement en utilisant la prise d'allume-cigare de l'automobile. Le câble bifilaire de raccordement comprend donc une fiche mâle d'allume- cigare à une extrémité et une fiche femelle secteur à l'autre extrémité conformée pour être connectée aux bornes secteur de l'actionneur.
Si l'actionneur est un actionneur pour porte de garage, et comporte une lampe d'éclairage, il est utile que cette lampe soit automatiquement déconnectée lorsqu'il y a alimentation par l'alimentation de secours. Pour permettre cette fonction, l'actionneur comporte un moyen de connexion de la lampe qui n'est activé que si la tension d'alimentation est celle du secteur. On utilise par exemple un triac qui ne sera amorcé que si la tension disponible sur les bornes d'entrée 43 de l'actionneur est voisine de celle du secteur et en tout cas très supérieure à celle délivrée par le moyen de stockage d'énergie. On peut aussi utiliser un relais et un comparateur de tension pour assurer cette fonction.

Claims

Revendications :
1. Installation (1) électrique pour la manœuvre d'un élément de fermeture, d'occultation, de protection solaire ou d'un écran mobile comprenant un actionneur (10) muni d'un convertisseur abaisseur (12) pour l'alimentation sous une tension réduite d'un moteur à courant continu (11) et de deux bornes secteur (17) normalement destinées à relier l'actionneur au réseau (AC-H, AC-N) alternatif de distribution d'énergie électrique, l'installation comprenant un dispositif d'alimentation de secours (40) incluant des bornes de sortie (43a, 43b) reliées aux bornes secteur (17) et un moyen de stockage d'énergie électrique (41), caractérisée en ce que le moyen de stockage d'énergie électrique est de type Très Basse Tension et en ce qu'au moins pendant les phases d'alimentation de l'actionneur (10) par le moyen de stockage d'énergie électrique (41), une liaison galvanique au moins intermittente raccorde le moyen de stockage d'énergie électrique (41) aux bornes secteur (17).
2. Installation (1) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le convertisseur abaisseur (12) comprend au moins un interrupteur commandé (22) piloté en fonction de la valeur de la tension aux bornes du moteur (11).
3. Installation (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le convertisseur abaisseur (12) est de type synchrone.
4. Installation (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la liaison galvanique comprend au moins un interrupteur commandé (45) piloté à une fréquence prédéterminée ou déterminée en fonction du courant absorbé par l'actionneur (10).
5. Installation (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, pendant les phases d'alimentation de l'actionneur (10) par le moyen de stockage d'énergie électrique (41), la liaison galvanique est permanente.
6. Installation (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit muni d'au moins un élément inductif (23, 49, 651) associé à un interrupteur commandé (22, 45) pour convertir la tension entre les pôles (41a, 41b) de l'élément de stockage (41) en une tension plus importante permettant d'alimenter le moteur (11).
7. Installation (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit de type pseudo-résonnant muni d'un condensateur (21 , 48) associé à l'élément inductif (23, 49, 651).
8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le condensateur (21) et/ou l'élément inductif (23, 651) du circuit de type pseudo-résonnant sont inclus dans le convertisseur (12).
9. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tension aux bornes du moyen de stockage d'énergie électrique est sensiblement égale à la tension nominale du moteur.
10. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moyen de stockage d'énergie électrique est une batterie d'automobile et que la liaison entre les bornes d'entrée (43) de l'actionneur et la batterie est réalisée par un cordon bifilaire raccordé à la prise d'allume-cigare de l'automobile.
1. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'actionneur comporte une lampe d'éclairage et un moyen de déconnexion de la lampe d'éclairage lorsque le moyen de stockage d'énergie électrique alimente l'actionneur.
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