WO2012146879A1 - Convertisseur d'energie electrique - Google Patents

Convertisseur d'energie electrique Download PDF

Info

Publication number
WO2012146879A1
WO2012146879A1 PCT/FR2012/050943 FR2012050943W WO2012146879A1 WO 2012146879 A1 WO2012146879 A1 WO 2012146879A1 FR 2012050943 W FR2012050943 W FR 2012050943W WO 2012146879 A1 WO2012146879 A1 WO 2012146879A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
output signal
transformer
signal
converter according
switching means
Prior art date
Application number
PCT/FR2012/050943
Other languages
English (en)
Inventor
Philippe Aubin
Martin Coyaud
Original Assignee
Faiveley Transport Tours
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Faiveley Transport Tours filed Critical Faiveley Transport Tours
Priority to EP12725065.2A priority Critical patent/EP2702679A1/fr
Priority to US14/114,334 priority patent/US20140091620A1/en
Publication of WO2012146879A1 publication Critical patent/WO2012146879A1/fr

Links

Classifications

    • 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
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/009—Converters characterised by their input or output configuration having two or more independently controlled outputs

Definitions

  • the present invention relates to an electric power converter generating a first output signal and a second output signal.
  • Such a converter comprises switching means comprising at least two bridge arms adapted to generate the first output signal.
  • the converter can generate a single-phase or three-phase signal.
  • FIG. 1 represents an electrical energy converter capable of converting a continuous signal that it receives as input into a three-phase output signal S1, as well as a continuous output signal S2.
  • the converter shown in FIG. 1 comprises switching means 1 comprising three bridge arms 1 a, 1 b, 1 c, a sinus filter 2 for eliminating the switching frequency of the switching means 1, and an isolating transformer 3. .
  • Each bridge arm of the switching means 1a, 1b, 1c comprises in this example two insulated gate bipolar transistors (IGBTs, of the English “Insulated Gate Bipolar Transistor”) which function as switches.
  • IGBTs insulated gate bipolar transistors
  • the isolation transformer 3 has two secondary 3a, 3b.
  • a first secondary 3a is dedicated to the generation of the three-phase output signal S1 and a second secondary 3b is dedicated to the generation of the continuous output signal S2.
  • a thyristor bridge 4 is connected to the output of the second secondary 3b.
  • the purpose of the thyristor bridge 4 is to rectify the AC voltage in order to charge a battery. Such a solution is not very suitable for low value output voltages, such as that of a battery, because of the losses in the thyristors of the thyristor bridge 4.
  • the three-phase output signal S1 is greatly deformed.
  • This problem is solved by a converter such as that represented in FIG. 2.
  • This converter comprises first switching means 1 and a first transformer 3 which generate a three-phase output signal S1. It further comprises second switching means 1 ', a second transformer 3', a rectifying bridge and a filter capacitor generating a continuous output signal V2.
  • the object of the present invention is to propose an electric energy converter generating a first output signal and a second output signal, presenting a reduction in size and cost without presenting a degradation in the performances.
  • the present invention proposes an electric energy converter generating a first output signal and a second output signal, and comprising switching means comprising at least two bridge arms and being adapted to generate said first signal. Release.
  • the electrical energy converter comprises a transformer generating the second output signal, the bridge arms being controlled so as to simultaneously generate the second output signal at the same time, said second output signal being a function a mid-point voltage equivalent to the sum of the output voltages of the arms 12 050943
  • the converter having unique switching means has a reduction in size and cost.
  • the electrical energy converter comprises filtering means adapted to eliminate the switching frequency of the switching means.
  • the second output signal is a function of the voltage equivalent to the sum of the output voltages of the bridge arms, once the switching frequency has been eliminated or filtered.
  • the filtering means comprise capacitors connected respectively to each bridge arm by a first terminal, said capacitors being connected to each other by a second terminal, the second terminals being connected to a reference potential.
  • the electrical energy converter comprises a capacitor disposed between the second terminal of the capacitors of the filtering means and the reference potential.
  • each bridge arm of the switching means comprises at least two switches, the two switches of each bridge arm being controlled substantially in opposition by two control signals respectively, the control signals being generated from a first and second setpoint signal, the first setpoint signal and the second setpoint signal being applied to each bridge arm, the first setpoint signal applied with a phase shift such that the midpoint voltage is substantially zero.
  • the first setpoint signal adjusts the level of the first output signal and the second setpoint signal adjusts the level of the second output signal. Therefore, the level of the first and second output signals is set independently of each other.
  • the phase shift has a value of 180 ° when the switching means comprise two bridge arms and a value of 120 ° when the switching means comprise three bridge arms.
  • the frequency of the second setpoint signal is greater than the frequency of the first setpoint signal.
  • the frequency of the second setpoint signal is three times greater than the frequency of the first setpoint signal, when the switching means comprise three bridge arms.
  • control signals are generated by a pulse modulation regulator (PWM) controlled by a level reference signal substantially equal to the sum of the first and second setpoint signals.
  • PWM pulse modulation regulator
  • the transformer comprises a primary and at least one secondary, the second output signal being taken at the secondary, the primary being connected to a first point downstream of the switching means.
  • the second output signal is therefore generated electrically.
  • the transformer is formed by windings being respectively connected to each bridge arm, the first windings forming a primary of the transformer, and at least a second winding forming a secondary of the transformer, the second output signal being taken at the secondary.
  • the second output signal is generated magnetically.
  • the first windings are inductances of the filtering means.
  • the converter comprises a second transformer connected to the bridge arms of the switching means, the first output signal being taken at the secondary of the second transformer, and the first point being the neutral of the primary of the second transformer.
  • the second transformer generates the first output signal and the first point is located in the transformer.
  • the primary neutral of the second transformer is connected to the midpoint of the input voltage to the switching means.
  • the primary of the second transformer has three windings, one terminal of each winding being connected to the reference potential through capacitors.
  • a motor is connected to the bridge arms of the switching means, the first point being the neutral point of the motor.
  • the first output signal is used to power the motor and the first point is located in the motor.
  • the primary of the transformer is connected to the midpoint of the input voltage of the switching means.
  • a capacitor is connected to each bridge arm by a first terminal, the capacitors are connected to each other by a second terminal, the first point being formed by the second terminals of the capacitors.
  • the primary of the transformer is connected to the capacitors and to the reference potential.
  • the first output signal may be a three-phase or single-phase alternating signal
  • the second output signal may be single-phase alternating.
  • These output signals can be rectified and filtered to generate continuous output signals.
  • FIG. 1 represents an example of an electrical energy converter of the prior art
  • FIG. 2 represents a second example of an electrical energy converter of the prior art
  • FIGS. 3a to 3c show variants of a first embodiment of an electric energy converter according to the invention.
  • FIGS. 4a, 4b and 4c show variants of a second embodiment of an electric energy converter according to the invention
  • FIG. 5a shows variant embodiments of a third embodiment of an electric energy converter according to the invention.
  • FIG. 6 represents an example of a control circuit of a switching circuit in an electric energy converter according to the invention.
  • FIG. 7 represents curves at the output of a switching circuit in an electric energy converter according to the invention.
  • a first output signal S1 and a second output signal S2 are generated from an input signal E to the converter.
  • the input signal E, the first output signal S1, and the second output signal S2 are voltages.
  • the first output signal S1 is a three-phase voltage and the second output signal S2 is a single-phase voltage.
  • the input voltage E is a DC voltage having a value of 750 V
  • the three-phase output voltage has a value of 400 V and 50 Hz
  • the single-phase output voltage has a value of 24V and 150 Hz.
  • the first output signal S1 is used to feed the three-phase network on board a train, and the second signal, once straightened and filtered, is used to supply the low-voltage continuous network and charge the train batteries.
  • the power supply comes from a catenary or a third rail for supplying a train with electricity.
  • the input voltage E is applied to switching means or switching circuit 10 after filtering by means of a filter 11.
  • the switching circuit 10 comprises three bridge arms 10a, 10b, 10c.
  • Each bridge arm comprises two insulated Gate Transistors (IGBTs) 10aa, 10ab, 10bb, 10ba which act as two switches.
  • IGBTs insulated Gate Transistors
  • each bridge arm 10a, 10b could have more than two IGBT transistors, these IGBT transistors being connectable to one or more input voltages.
  • a first bridge arm 10a includes a first transistor 10aa connected by a first terminal 10aa1 to the positive pole of the input voltage E + and a second transistor 10ab connected through a first terminal 10ab1 to the negative pole of the input voltage.
  • the first and second transistors 10aa, 10ab are connected to each other respectively by a second terminal 10aa2, 10ab2.
  • first and second transistors 10aa, 10ab form the first bridge arm 10a.
  • the first transistor 10aa is controlled by a first control signal d1a.
  • the second transistor 10ab is controlled by a second commandedl signal b.
  • the second 10b and 10c bridge arms are similar to the first bridge arm and will not be described here.
  • the output voltages of the bridge arms E1, E2, E3 are respectively taken at each bridge arm 10a, 10b, 10c at the branch which connects the two IGBT transistors 10aa, 10ab.
  • the sinus filter 20 is composed of three inductances 20a, 20b, 20c, each winding being connected by a first terminal to the midpoint of a bridge arm 10a, 10b, 10c, that is to say say at the branch connecting the two transistors IGBT 10aa, 10ab.
  • capacitors c1, c2, c3 are connected together by a first terminal, and each winding 20a, 20b, 20c respectively by a second terminal.
  • This sinus filter 20 has the function of eliminating the switching frequency produced by the switching circuit 10.
  • the inductances 20a, 20b, 20c of the sine filter 20 are connected by a second terminal to the primary 31 of a transformer 30.
  • the first output signal S1 is taken at the secondary of the transformer 30 and the second output signal S2 is generated by a second transformer 40.
  • the second output signal S2 is generated from the difference between a voltage taken at a first point M1 located downstream of the switching circuit 10 and a second voltage taken at a second point M2 located upstream of the switching circuit 10.
  • the first point M1 is located in the primary 31 of the transformer 30, in particular at the neutral point of the primary 31 of the transformer 30.
  • the second point M2 is located at the input filter 1 1 located at the input of the switching circuit 10.
  • the first point M2 is located between two capacitors c4, c5 of the input filter 11.
  • This second point M2 constitutes a midpoint of the input voltage
  • the potential difference between the negative pole E- of the input voltage E and the second point M2 has a value equivalent to half of the input voltage E, that is to say of E / 2 .
  • this mid-point of the input voltage corresponds to a point where the voltage level is half the maximum level of the input voltage, that is, E / 2.
  • This input filter is well known to those skilled in the art and will not be described here.
  • the voltage taken at the first point M1 and the voltage taken at the second point M2 is applied to the primary 41 of a second transformer 40.
  • This voltage difference applied to the primary 41 of the second transformer 40 is a function of a midpoint voltage equivalent to the sum of the output voltages E1, E2, E3 of the bridge arms 10a, 10b, 10c with respect to the midpoint of the input voltage E to the switching circuit 10, that is to say with respect to the second point M2, or with respect to a point corresponding to half of the input voltage E.
  • the second output signal S2 is taken at the secondary 42 of the second transformer 40.
  • the first output signal S1 and the second output signal S2 are generated from the same switching circuit 10.
  • a capacitor Ca is connected by a first terminal to the first terminals of the three capacitors c1, c2, c3, and by a second terminal to the connection at the point M2.
  • This four capacitor arrangement c1, c2, c3 and Ca prevents the switching frequency of the switching circuit 10 from going to the transformers 30, 40.
  • the voltage of the second output signal S2 can be reduced to zero.
  • FIG. 3a shows a variant of the first embodiment described above.
  • the switching circuit 10 ' comprises two bridge arms 10a', 10b '.
  • the output voltage of the bridge arms ⁇ 1 ', E2' is taken at each bridge arm 10a ', 10b' of the switching circuit 10 'and applied to the primary 31' of a first transformer 30 '.
  • the first output signal SV is a single-phase signal, which is taken at the secondary 32 'of the first transformer 30'.
  • the second output signal S2 ' is a single-phase signal which is taken at the output of a second transformer 40'.
  • the output signals S1, S1 ', S2, S2' can be rectified by means of a rectifier, such as for example a diode bridge or Graetz bridge.
  • the converter comprises a rectifier connected to the output of the first and / or second transformer.
  • the rectifier can be connected to the output of the converter.
  • the output signals of the converter once filtered by capacitors, can be continuous signals.
  • the switching circuit 10 has three bridge arms 10a", 10b ", 10c".
  • the sinus filter 20 has three capacitors c1", c2 ", c3".
  • the capacitors c1, c2 ", c3" are respectively connected by a first terminal to a coil 20a “, 20b", 20c "of the sinus filter 20", and to each other by a second terminal.
  • the converter comprises a transformer 30 ".
  • the second output signal S2 " is taken at the secondary 32" of the transformer 30 ".
  • the mid-point voltage equivalent to the sum of the output voltages E1 “, E2", E3 “of the bridge arms 10a", 10b “, 10c” with respect to the midpoint of the input voltage E is obtained by taking the potential difference between the second terminal of the capacitors c1 ", c2", c3 "of the sinus filter 20" and the negative terminal E- of the input voltage E to the converter.
  • the second output signal S2 is a single-phase alternating signal
  • the switching frequency of the switching circuit 10 is eliminated or filtered by placing a capacitor Ca in parallel with the primary 31 "of the transformer 30".
  • the switching circuit 100 comprises three bridge arms 100a, 100b, 100c.
  • the output voltage of the bridge arms E10, E20, E30 is taken at each bridge arm 100a, 100b, 100c and is applied to a sinus filter 200, and then to a first transformer 300.
  • the first output signal S10 is a three-phase AC signal which is taken at the output of the first transformer 300.
  • the sinus filter 200 uses the three windings b10, b20, b30. These three windings b10, b20, b30 form the primary of a second transformer 400.
  • the sinus filter 200 comprises three capacitors c10, c20, c30 connected to each other by a first terminal and respectively to each winding b10, b20, b30 by a second terminal.
  • a fourth winding b40 is added, acting as a secondary of the second transformer 400.
  • the second output signal S20 is taken at the secondary of this second transformer 400, that is to say at the terminals of the fourth winding b40.
  • the second output signal S20 is created by the magnetic flux in the fourth winding b40.
  • the voltage of the second output signal S20 is therefore directly dependent on the sum of the output voltages E10, E20, E30 of the bridge arms 10a, 10b, 10c relative to the midpoint of the input voltage to the switching means 10.
  • the second output signal S20 is a single phase AC signal.
  • FIG. 4b represents a variant of the second embodiment of an electric energy converter according to the invention.
  • the switching circuit 100 ' has two bridge arms 100a', 100b ', and the first output signal S10' is a single phase AC signal.
  • FIG. 4c represents another variant of the second embodiment of the electric energy converter according to the invention.
  • the first output signal S10 " is obtained at the output of the sinus filter 200.
  • the switching circuit 100 comprises three bridge arms 100a", 100b “, 100c", and the transformer 400 "is constituted by the windings b10", b20 “, b30" of the sinus filter 200 "and by a fourth winding b40 ", as for the diagram of Figure 4a.
  • the common terminal of the three conductors c10 ", c20", c30 "of the sinus filter 200" is connected to the reference terminal E- of the input voltage E of the converter.
  • the first output signal S10 is taken directly at the output of the sinus filter 200.
  • the switching circuit 1000 comprises three bridge arms 1000a, 1000b, 1000c.
  • the output voltage of the bridge arms E100, E200, E300 is taken respectively at each bridge arm 000a, 1000b, 1000c and applied to an inductive load 3000, here a three-phase motor.
  • the first output signal S100 is used to supply electricity to this motor 3000.
  • the voltage difference between a first point M1 and a second point M2 is applied to the primary 4001 of a first transformer 4000.
  • the first point M1 is taken at the midpoint of the three-phase motor 3000.
  • the second point M2 is located at the filter 001 located at the input of the switching circuit 1000, as for Figures 3a, 3b and 4b.
  • the second output signal S200 is taken at the secondary 4002 of the first transformer 4000.
  • the second output signal S200 is a single-phase alternating signal.
  • the first bridge arm 10a comprises two IGBT transistors 10aa, 10ab operating as switches.
  • IGBT transistors 10aa, 10ab are controlled by a first control signal d1.
  • An inverter 10c is connected to the input of the second IGBT transistor
  • the second IGBT transistor 10ab is controlled by the first control signal d1a on closing, that is to say by a signal d1b corresponding to the first inverted control signal d1a.
  • the first IGBT transistor 10aa is closed, the second IGBT transistor 10ab is controlled in opening.
  • the two IGBT transistors 10aa, 10ab of the same bridge arm 10a, 10b, 10c are simultaneously controlled during opening for a short period of time in order to avoid simultaneous switching of the transistors.
  • the first control signal d1 is generated by a first reference signal V A which is applied to a first PWM regulator ("Pulse Width Modulator”), known in English nomenclature as PWM (“Pulse Width Modulation”) regulator. ).
  • PWM Pulse Width Modulator
  • the first setpoint signal VA is generated by a sinusoidal voltage source.
  • the controls of the second 10b and the third 10c bridge arm are similar to those of the first bridge arm and will not be described here.
  • the first setpoint signal V A is applied to a second PWM regulator with a phase shift of 120 ° with respect to the first bridge arm 10a.
  • the first setpoint signal VA is applied to a third PWM controller with a phase shift of 120 ° with respect to the second bridge arm 10b, and therefore with a 240 ° phase shift relative to at the first bridge arm 10a.
  • a second reference signal V B is applied respectively to each PWM regulator corresponding to each bridge arm 10a, 10b, 10c.
  • this second reference signal V B is generated by a second sinusoidal voltage source.
  • This second reference signal VB is applied identically (same voltage level and same phase shift) to the three bridge arms 10a, 10b, 10c.
  • FIG. 7 represents a non-limiting example of the output signals E1, E2, E3 of the bridge arms 10a, 10b, 10c.
  • the switching frequency of the switching means 10 has been removed from these signals in FIG.
  • the first reference signal VA has a frequency of 50 Hz and the second reference signal V B has a frequency of 150 Hz and a variable amplitude between 0% and 40% of that of V A.
  • the curve in solid lines represents the output signal E1 of the first bridge arm 10a, which corresponds to the superposition of the first and second setpoint signals V A , VB.
  • the dashed line curve represents the output signal E2 of the second bridge arm 10b, which corresponds to the superposition of the first and second setpoint signals VA, VB, the first setpoint signal V A having a phase shift of 120 ° with respect to first setpoint signal V A applied to the first bridge arm 10a.
  • the dotted line curve represents the output signal E3 of the third bridge arm 10c, corresponding to the superposition of the first and second setpoint signals VA, VB, the first setpoint signal VA having a phase shift of 120 ° with respect to the first signal VA setpoint applied to the second bridge arm 10b.
  • the midpoint voltage equivalent to the sum of the voltages of output E1, E2, E3 of the bridge arms 10a, 10b, 10c of the switching circuit 10 is substantially zero.
  • the first output signal S1 has a level, for example of voltage, which is a function of the first reference signal V A.
  • the converter operating according to this configuration, it is possible to adjust the level, for example of voltage, of the second output signal S2 independently of the level, for example voltage, of the first output signal S1.
  • the level of the first output signal S1 is adjusted by the level of the first reference signal V A and that of the second output signal S2 by the level of the second reference signal V B.
  • the switching circuit 10 comprises two bridge arms, that is to say that the first signal is a single-phase alternating signal
  • the first reference signal V A is applied to each bridge arm 10a, 0b, 10c with a phase shift of 180 °.
  • the frequencies of the reference signals V A and V B have different frequency values.
  • the first reference signal V A has a frequency of 50 Hz and the second reference signal V B has a frequency of 50 Hz.
  • the levels of the first and second setpoint signals V A , V B respectively adjust the levels of first and second output signals S1, S2.
  • an electrical energy converter generating two output signals using a single inverter.
  • the two output signals correspond to a first output signal and a second output signal that may be alternating. These output signals may be rectified and filtered to generate a continuous output.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Un convertisseur d'énergie électrique générant un premier signal de sortie (S1) et un second signal de sortie (S2), et comportant des moyens de commutation (10) comporte au moins deux bras de pont (10a, 10b, 10c) adaptés à générer le premier signal de sortie (S1 ), un transformateur générant simultanément au premier signal de sortie le second signal de sortie (S2), les bras de pont (10a, 10b, 10c) étant commandés de sorte à générer le second signal de sortie (S2), ledit second signal de sortie (S2) étant fonction d'une tension de point milieu équivalente à la somme des tensions de sortie (EL E2, E3) des bras de pont (10a, 10b, 10c) par rapport à un point milieu de la tension d'entrée aux moyens de commutation (10). Utilisation dans un train.

Description

Convertisseur d'énergie électrique La présente invention concerne un convertisseur d'énergie électrique générant un premier signal de sortie et un second signal de sortie.
Un tel convertisseur comporte des moyens de commutation comportant au moins deux bras de pont adaptés à générer le premier signal de sortie.
Par exemple, le convertisseur peut générer un signal monophasé ou triphasé.
Il existe des convertisseurs qui génèrent en outre une seconde sortie continue.
Par exemple, la figure 1 représente un convertisseur d'énergie électrique apte à convertir un signal continu qu'il reçoit en entrée en un signal de sortie triphasé S1 , ainsi qu'en un signal de sortie continu S2.
Le convertisseur représenté à la figure 1 comporte des moyens de commutation 1 comportant trois bras de pont 1 a, 1 b, 1 c, un filtre sinus 2 pour éliminer la fréquence de découpage des moyens de commutation 1 , et un transformateur d'isolement 3.
Chaque bras de pont des moyens de commutation 1 a, 1 b, 1c comporte dans cet exemple deux transistors bipolaires à grille isolée (IGBT, de l'anglais "Insulated Gâte Bipolar Transistor") qui fonctionnent comme des interrupteurs.
Le transformateur d'isolement 3 comporte deux secondaires 3a, 3b.
Un premier secondaire 3a est dédié à la génération du signal de sortie triphasé S1 et un second secondaire 3b est dédié à la génération du signal de sortie continu S2.
Un pont à thyristors 4 est connecté à la sortie du second secondaire 3b.
Le pont à thyristors 4 a pour fonction de redresser la tension alternative dans le but de charger une batterie. Une telle solution n'est pas très adaptée pour les tensions de valeur faible en sortie, telles que celle d'une batterie, à cause des pertes dans les thyristors du pont de thyristors 4.
En outre, lorsque la puissance du chargeur de batterie (partie du convertisseur correspondant au second secondaire 3b et le pont à thyristors 4) est supérieure à 25% de la puissance du convertisseur, le signal de sortie triphasé S1 est fortement déformé.
Ainsi, les performances d'un convertisseur comme celui de la figure 1 sont limitées.
Ce problème est résolu par un convertisseur tel que celui représenté à la figure 2. Ce convertisseur comporte des premiers moyens de commutation 1 et un premier transformateur 3 qui génèrent un signal de sortie triphasé S1 . Il comporte en outre, des seconds moyens de commutation 1 ', un second transformateur 3', un pont redresseur et un condensateur de filtrage qui génèrent un signal de sortie continu V2.
Néanmoins, un tel convertisseur n'est pas optimum en termes de taille et de coût dès lors que tous les éléments du convertisseur sont en double, excepté le filtre d'entrée 4.
La présente invention a pour but de proposer un convertisseur d'énergie électrique générant un premier signal de sortie et un second signal de sortie, présentant une réduction de taille et de coût sans pour autant présenter une dégradation dans les performances.
A cet égard, la présente l'invention propose un convertisseur d'énergie électrique générant un premier signal de sortie et un second signal de sortie, et comportant des moyens de commutation comportant au moins deux bras de pont et étant adapté à générer ledit premier signal de sortie.
Selon l'invention, le convertisseur d'énergie électrique comporte un transformateur générant le second signal de sortie, les bras de pont étant commandés de sorte à générer simultanément au premier signal de sortie le second signal de sortie, ledit second signal de sortie étant fonction d'une tension de point milieu équivalente à la somme des tensions de sortie des bras 12 050943
de pont par rapport au point milieu de la tension d'entrée auxdits moyens de commutation.
Ainsi, le premier signal de sortie et le second signal de sortie sont générés à partir des mêmes moyens de commutation. Par conséquent, le convertisseur ayant d'uniques moyens de commutation présente une réduction de sa taille, ainsi que de son coût.
Grâce à cette topologie, deux signaux de sortie distincts peuvent être obtenues simultanément.
Selon une caractéristique, le convertisseur d'énergie électrique comporte des moyens de filtrage adaptés à éliminer la fréquence de découpage des moyens de commutation.
Ainsi, le second signal de sortie est fonction de la tension équivalente à la somme des tensions de sortie des bras de pont, une fois que la fréquence de découpage a été éliminée ou filtrée.
Selon une caractéristique, les moyens de filtrage comportent des condensateurs reliés respectivement à chaque bras de pont par une première borne, lesdits condensateurs étant reliés entre eux par une seconde borne, les secondes bornes étant reliés à un potentiel de référence.
Par exemple, le convertisseur d'énergie électrique comporte un condensateur disposé entre la seconde borne des condensateurs des moyens de filtrage et le potentiel de référence.
En pratique, chaque bras de pont des moyens de commutation comporte au moins deux interrupteurs, les deux interrupteurs de chaque bras de pont étant commandés sensiblement en opposition par deux signaux de commande respectivement, les signaux de commande étant générés à partir d'un premier et second signal de consigne, le premier signal de consigne et le second signal de consigne étant appliqués à chaque bras de pont, le premier signal de consigne état appliqué avec un déphasage tel que la tension du point milieu est sensiblement nulle.
Ainsi, le premier signal de consigne permet de régler le niveau du premier signal de sortie et le second signal de consigne permet de régler le niveau du second signal de sortie. Par conséquent, le niveau des premier et second signaux de sortie est réglé indépendamment l'un de l'autre.
En pratique, le déphasage présente une valeur de 180° lorsque les moyens de commutation comportent deux bras de pont et une valeur de 120° lorsque les moyens de commutation comportent trois bras de pont.
Par exemple, la fréquence du second signal de consigne est supérieure à la fréquence du premier signal de consigne.
Ceci permet de réduire davantage la taille du convertisseur.
Par exemple, la fréquence du second signal de consigne est trois fois supérieure à la fréquence du premier signal de consigne, lorsque les moyens de commutation comportent trois bras de pont.
Selon une caractéristique, les signaux de commande sont générés par un régulateur à modulation d'impulsion (MLI) commandé par un signal de consigne de niveau sensiblement égale à la somme des premier et second signaux de consigne.
Par exemple, le transformateur comporte un primaire et au moins un secondaire, le second signal de sortie étant pris au secondaire, le primaire étant relié à un premier point situé en aval des moyens de commutation.
Le second signal de sortie est donc généré de manière électrique. En variante, le transformateur est formé par des enroulements étant respectivement connectées à chaque bras de pont, les premiers enroulements formant un primaire du transformateur, et au moins un second enroulement formant un secondaire du transformateur, le second signal de sortie étant pris au secondaire.
Ainsi, le second signal de sortie est généré de manière magnétique.
En pratique, les premiers enroulements sont des inductances des moyens de filtrage.
Par exemple, le convertisseur comporte un second transformateur relié aux bras de pont des moyens de commutation, le premier signal de sortie étant pris au secondaire du second transformateur, et le premier point étant le neutre du primaire du second transformateur. Ainsi, le second transformateur génère le premier signal de sortie et le premier point est situé dans le transformateur.
En pratique, le neutre du primaire du second transformateur est relié au point milieu de la tension d'entrée aux moyens de commutation.
Par exemple, le primaire du second transformateur comporte trois enroulements, une borne de chaque enroulement étant connectée au potentiel de référence à travers de condensateurs.
En variante, un moteur est connecté aux bras de pont des moyens de commutation, le premier point étant le point neutre du moteur.
Ainsi, le premier signal de sortie est utilisé pour alimenter le moteur et le premier point est situé dans le moteur.
Selon une caractéristique, le primaire du transformateur est relié au point milieu de la tension d'entrée des moyens de commutation.
Selon encore une variante, un condensateur est connecté à chaque bras de pont par une première borne, les condensateurs sont connectés entre eux par une seconde borne, le premier point étant formé par les secondes bornes des condensateurs.
Par exemple, le primaire du transformateur est relié aux condensateurs et au potentiel de référence.
Par exemple, le premier signal de sortie peut être un signal alternatif triphasé ou monophasé, et le second signal de sortie peut être alternatif monophasé. Ces signaux de sortie peuvent être redressés et filtrés pour générer des signaux de sortie continue.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :
- la figure 1 représente un exemple de convertisseur d'énergie électrique de l'art antérieur ;
- la figure 2 représente un second exemple de convertisseur d'énergie électrique de l'art antérieur ;
- les figures 3a à 3c représentent des variantes d'un premier mode de réalisation d'un convertisseur d'énergie électrique conforme à l'invention ; 43
6
- les figures 4a, 4b et 4c représentent des variantes d'un deuxième mode de réalisation d'un convertisseur d'énergie électrique conforme à l'invention ;
- la figure 5a représente des variantes de réalisation d'un troisième mode de réalisation d'un convertisseur d'énergie électrique conforme à l'invention ;
- la figure 6 représente un exemple de circuit de commande d'un circuit de commutation dans un convertisseur d'énergie électrique conforme à l'invention ; et
- la figure 7 représente des courbes en sortie d'un circuit de commutation dans un convertisseur d'énergie électrique conforme à l'invention.
On va décrire tout d'abord, en référence à la figure 3a, un premier mode de réalisation d'un convertisseur d'énergie électrique conforme à l'invention.
Dans ce mode de réalisation, un premier signal de sortie S1 et un second signal de sortie S2 sont générés à partir d'un signal d'entrée E au convertisseur.
Dans ce mode de réalisation, le signal d'entrée E, le premier signal de sortie S1 , ainsi que le second signal de sortie S2 sont des tensions.
Dans cet exemple, le premier signal de sortie S1 est une tension triphasée et le second signal de sortie S2 est une tension monophasée.
A titre d'exemple nullement limitatif, la tension en entrée E est une tension continue présentant une valeur de 750 V, la tension triphasée en sortie présente une valeur de 400 V et de 50 Hz, et la tension monophasée en sortie présente une valeur de 24V et de 150 Hz.
Par exemple, le premier signal de sortie S1 est utilisé pour alimenter le réseau triphasé à bord d'un train, et le second signal, une fois redressé et filtré, est utilisé pour alimenter le réseau continu basse tension et charger les batteries du train.
A titre d'exemple nullement limitatif, l'alimentation électrique provient d'une caténaire ou d'un troisième rail destinés à alimenter un train en électricité. La tension d'entrée E est appliquée à des moyens de commutation ou circuit de commutation 10 après filtrage au moyen d'un filtre 11 .
Dans cet exemple, le circuit de commutation 10 comporte trois bras de pont 10a, 10b, 10c.
Chaque bras de pont comporte deux transistors à grille isolée (IGBT, de l'anglais "Insulated Gâte Bipolar Transistor") 10aa, 10ab, 10bb, 10ba qui font la fonction de deux interrupteurs.
Dans d'autres modes de réalisation, chaque bras de pont 10a, 10b pourrait comporter plus de deux transistors IGBT, ces transistors IGBT pouvant être connectés à une ou plusieurs tensions d'entrée.
Par ailleurs, d'autres types de composants ayant une fonction d'interrupteur peuvent être employés.
Ainsi, un premier bras de pont 10a comporte un premier transistor 10aa connecté par une première borne 10aa1 au pôle positif de la tension d'entrée E+ et un deuxième transistor 10ab connecté à travers une première borne 10ab1 au pôle négatif de la tension d'entrée E-.
Les premier et deuxième transistors 10aa, 10ab sont connectés entre eux respectivement par une deuxième borne 10aa2, 10ab2.
Ainsi, les premier et deuxième transistors 10aa, 10ab forment le premier bras de pont 10a.
Le premier transistor 10aa est commandé par un premier signal de commande d1a.
Le deuxième transistor 10ab est commandé par un second signal de commandedl b.
Les deuxième 10b et troisième 10c bras de pont sont similaires au premier bras de pont et ne seront pas décrits ici.
Les tensions de sortie des bras de pont E1 , E2, E3 sont prises respectivement à chaque bras de pont 10a, 10b, 10c au niveau de la branche qui connecte les deux transistors IGBT 10aa, 10ab.
Ces trois tensions de sortie des bras de pont E1 , E2, E3 sont filtrées au moyen d'un filtre sinus 20. Dans ce mode de réalisation, le filtre sinus 20 est composé de trois inductances 20a, 20b, 20c, chaque enroulement étant connecté par une première borne au point milieu d'un bras de pont 10a, 10b, 10c, c'est-à-dire au niveau de la branche connectant les deux transistors IGBT 10aa, 10ab.
Ici, trois condensateurs c1 , c2, c3 sont connectés entre eux par une première borne, et à chaque enroulement 20a, 20b, 20c respectivement par une deuxième borne.
Ce filtre sinus 20 a pour fonction d'éliminer la fréquence de découpage produite par le circuit de commutation 10.
Les inductances 20a, 20b, 20c du filtre sinus 20 sont connectées par une seconde borne au primaire 31 d'un transformateur 30.
Le premier signal de sortie S1 est pris au secondaire du transformateur 30 et le second signal de sortie S2 est généré par un second transformateur 40.
Dans ce mode de réalisation, le second signal de sortie S2 est généré à partir de la différence entre une tension prise à un premier point M1 situé en aval du circuit de commutation 10 et une seconde tension prise à un second point M2 situé en amont du circuit de commutation 10.
Ici, le premier point M1 est situé dans le primaire 31 du transformateur 30, en particulier au point neutre du primaire 31 du transformateur 30.
Le second point M2 est situé au niveau du filtre d'entrée 1 1 situé à l'entrée du circuit de commutation 10.
En particulier, le premier point M2 est situé entre deux condensateurs c4, c5 du filtre d'entrée 1 1.
Ce second point M2 constitue un point milieu de la tension d'entrée
E.
Ainsi, la différence de potentiel entre le pôle négatif E- de la tension d'entrée E et le second point M2 présente une valeur équivalente à la moitié de la tension d'entrée E, c'est-à-dire de E/2.
Il en est de même pour la différence de potentiel entre le pôle positif E+ de la tension d'entrée E et le second point M2. Ainsi, ce point milieu de la tension d'entrée correspond à un point où le niveau de tension est la moitié du niveau maximal de la tension d'entrée, c'est-à-dire E/2.
Ce filtre d'entrée est bien connu de l'homme du métier et ne sera pas décrit ici.
Dans cet exemple, la tension prise au premier point M1 et la tension prise au second point M2 est appliquée au primaire 41 d'un second transformateur 40.
Cette différence de tension appliquée au primaire 41 du second transformateur 40 est fonction d'une tension de point milieu équivalente à la somme des tensions de sortie E1 , E2, E3 des bras de pont 10a, 10b, 10c par rapport au point milieu de la tension d'entrée E au circuit de commutation 10, c'est-à-dire par rapport au second point M2, ou encore par rapport à un point correspondant à la moitié de la tension d'entrée E.
Le second signal de sortie S2 est pris au secondaire 42 du second transformateur 40.
Ainsi, le premier signal de sortie S1 et le second signal de sortie S2 sont générés à partir d'un même circuit de commutation 10.
Optionnellement, un condensateur Ca est connecté par une première borne aux premières bornes des trois condensateurs c1 , c2, c3, et par une seconde borne à la connexion au point M2.
Ce montage à quatre condensateurs c1 , c2, c3 et Ca empêche que la fréquence de découpage du circuit de commutation 10 aille aux transformateurs 30, 40.
Ainsi, il est possible de réduire à zéro la tension des deux signaux de sorties S1 , S2 indépendamment l'une de l'autre.
Ainsi, par exemple, si l'on veut seulement utiliser le premier signal de sortie S1 , la tension du second signal de sortie S2 peut être ramenée à zéro.
Le fonctionnement du convertisseur d'énergie électrique représenté à la figure 3a, ainsi que la commande du circuit de commutation 10 seront décrits plus loin en référence aux figures 6 et 7. La figure 3b représente une variante du premier mode de réalisation décrit ci-dessus.
Dans cette variante, le circuit de commutation 10' comporte deux bras de pont 10a', 10b'.
La tension de sortie des bras de pont Ε1 ', E2' est prise à chaque bras de pont 10a', 10b' du circuit de commutation 10' et appliquée au primaire 31 ' d'un premier transformateur 30'.
Ainsi, le premier signal de sortie SV est un signal monophasé, qui est pris au secondaire 32' du premier transformateur 30'.
Hormis les différences ci-dessus, la structure du convertisseur de cette variante est équivalente à celle du convertisseur de la figure 3a et ne sera pas décrite ici.
Dans cet exemple, comme dans l'exemple de la figure 3a, le deuxième signal de sortie S2' est un signal monophasé qui est pris à la sortie d'un second transformateur 40'.
On notera que les signaux de sortie S1 , S1 ', S2, S2' peuvent être redressés au moyen d'un redresseur, tel que par exemple un pont de diodes ou pont de Graetz.
Ainsi, dans une variante de réalisation, le convertisseur comporte un redresseur connecté à la sortie du premier 30 et/ou second 40 transformateur.
Selon une autre variante, le redresseur peut être connecté à la sortie du convertisseur.
Ainsi, les signaux en sortie du convertisseur, une fois filtrés par des condensateurs, peuvent être des signaux continus.
Bien entendu, d'autres montages de redresseur peuvent être utilisés afin d'obtenir une tension continue en sortie.
Ainsi, on peut obtenir un convertisseur continu avec un isolement galvanique.
On va décrire en référence à la figure 3c encore une variante du premier mode de réalisation d'un convertisseur d'énergie électrique conforme à l'invention. Dans ce mode de réalisation, le circuit de commutation 10" comporte trois bras de pont 10a", 10b", 10c".
Les signaux de sortie des bras de pont E1 ", E2", E3" sont reliés à un filtre sinus 20".
Comme dans les modes de réalisation précédents, le filtre sinus 20" comporte trois condensateurs c1", c2", c3". Les condensateurs c1 , c2", c3" sont reliés respectivement par une première borne à une bobine 20a", 20b", 20c" du filtre sinus 20", et entre eux par une seconde borne.
Dans ce mode de réalisation, le convertisseur comporte un transformateur 30".
Le second signal de sortie S2" est pris au secondaire 32" du transformateur 30".
La tension du point milieu équivalente à la somme des tensions de sortie E1 ", E2", E3" des bras de pont 10a", 10b", 10c" par rapport au point milieu de la tension d'entrée E est obtenue en prenant la différence de potentiel entre la seconde borne des condensateurs c1 ", c2", c3" du filtre sinus 20" et le terminal négatif E- de la tension en entrée E au convertisseur.
Cette différence de potentiel est appliquée au primaire 31" du transformateur 30". Le fait d'utiliser un couplage capacitif permet de ne pas être obligé de connecter la seconde borne du transformateur 30 au point milieu de la tension d'entrée E.
Ici, le second signal de sortie S2" est un signal alternatif monophasé. La fréquence de découpage du circuit de commutation 10" est éliminée ou filtrée en plaçant un condensateur Ca en parallèle du primaire 31" du transformateur 30".
Le mode de réalisation représenté à la figure 3c ne nécessite pas de connexion aux premier et second points M1 , M2 ce qui représente un avantage par rapport aux autres modes de réalisation décrits. Son cadre d'utilisation est par conséquent plus général et le convertisseur est d'autant plus optimisé.
On va décrire en référence à la figure 4a un deuxième mode de réalisation d'un convertisseur d'énergie électrique conforme à l'invention. Dans ce mode de réalisation, le circuit de commutation 100 comporte trois bras de pont 100a, 100b, 100c.
La tension de sortie des bras de pont E10, E20, E30 est prise à chaque bras de pont 100a, 100b, 100c et est appliquée à un filtre sinus 200, et ensuite à un premier transformateur 300.
Le premier signal de sortie S10 est un signal alternatif triphasé qui est pris à la sortie du premier transformateur 300.
Dans ce mode de réalisation, le filtre sinus 200 utilise les trois enroulements b10, b20, b30. Ces trois enroulements b10, b20, b30 forment le primaire d'un deuxième transformateur 400.
Comme pour le premier mode de réalisation, le filtre sinus 200 comporte trois condensateurs c10, c20, c30 connectés entre eux par une première borne et respectivement à chaque enroulement b10, b20, b30 par une seconde borne.
Dans ce mode de réalisation, un quatrième enroulement b40 est ajouté, faisant la fonction d'un secondaire du deuxième transformateur 400.
Le deuxième signal de sortie S20 est pris au secondaire de ce second transformateur 400, c'est-à-dire aux bornes du quatrième enroulement b40.
Dans ce mode de réalisation, le second signal de sortie S20 est créée grâce au flux magnétique dans le quatrième l'enroulement b40. La tension du second signal de sortie S20 est donc directement dépendante de la somme des tensions de sortie E10, E20, E30 des bras de ponts 10a, 10b, 10c par rapport au point milieu de la tension d'entrée aux moyens de commutation 10.
Ici, le second signal de sortie S20 est un signal alternatif monophasé.
Afin de filtrer la fréquence de découpage du circuit de commutation 100 sur le second signal de sortie S20 et de permettre la génération d'un flux magnétique dans le quatrième enroulement b40, les trois condensateurs c10, c20, c30 du filtre sinus 200 sont reliés par sa borne commune à la borne de référence E- de la tension en entrée E au convertisseur. La figure 4b représente une variante du deuxième mode de réalisation d'un convertisseur d'énergie électrique conforme à l'invention.
Le schéma représenté sur la figure 4b est équivalent à celui représenté à la figure 4a, et ne sera pas décrit en détail ici.
Dans ce mode de réalisation, le circuit de commutation 100' comporte deux bras de pont 100a', 100b', et le premier signal de sortie S10' est un signal alternatif monophasé.
La différence de potentiel équivalente à la somme des tensions de sortie Ε10', E20' des bras de pont du circuit de commutation 100' par rapport au point milieu de la tension d'entrée E est récupérée de manière magnétique (comme décrit pour la figure 4a) afin d'obtenir le second signal de sortie S20', ce second signal de sortie S20' étant un signal alternatif monophasé.
La figure 4c représente encore une variante du deuxième mode de réalisation du convertisseur d'énergie électrique conforme à l'invention.
Dans cette variante, le premier signal de sortie S10" est obtenu en sortie du filtre sinus 200".
Le schéma représenté sur la figure 4c est équivalent à celui représenté sur les lignes 4a et 4b et ne sera pas décrit en détail ici.
Dans cette variante, le circuit de commutation 100" comporte trois bras de pont 100a", 100b", 100c", et le transformateur 400" est constitué par les enroulements b10", b20", b30" du filtre sinus 200" et par un quatrième enroulement b40", comme pour le schéma de la figure 4a.
Ici, la borne commune des trois conducteurs c10", c20", c30" du filtre sinus 200" est reliée à la borne de référence E- de la tension en entrée E du convertisseur.
Le premier signal de sortie S10" est pris directement à la sortie du filtre sinus 200".
On va décrire ensuite en référence à la figure 5a un troisième mode de réalisation d'un convertisseur d'énergie électrique conforme à l'invention.
Dans ce mode de réalisation, le circuit de commutation 1000 comporte trois bras de pont 1000a, 1000b, 1000c. La tension de sortie des bras de pont E100, E200, E300 est prise respectivement à chaque bras de pont 000a, 1000b, 1000c et appliquée à une charge inductive 3000, ici un moteur triphasé.
Ainsi, le premier signal de sortie S100 est utilisé pour alimenter en électricité ce moteur 3000.
La différence de tension entre un premier point M1 et un second point M2 est appliquée au primaire 4001 d'un premier transformateur 4000.
Le premier point M1 est pris au point milieu du moteur triphasé 3000.
Le second point M2 est situé au niveau du filtre 001 situé en entrée du circuit de commutation 1000, comme pour les figures 3a, 3b et 4b.
Le deuxième signal de sortie S200 est pris au secondaire 4002 du premier transformateur 4000.
Ici, le second signal de sortie S200 est un signal alternatif monophasé.
On va décrire en référence à la figure 6 un exemple de commande d'un circuit de commutation utilisé dans un convertisseur d'énergie électrique conforme à l'invention.
Dans cet exemple, on a représenté trois bras de pont d'un circuit de commutation comme celui utilisé dans le schéma présenté aux figures 3a, 3c, 4a, 4c et 5a.
Le premier bras de pont 10a comporte deux transistors IGBT 10aa, 10ab fonctionnant comme interrupteurs.
Ces deux transistors IGBT 10aa, 10ab sont commandés par un premier signal de commande d1.
Un inverseur 10c est connecté à l'entrée du second transistor IGBT
10ab afin que le premier 10aa et le second 10ab transistor IGBT soient commandés de manière opposée.
Ainsi, lorsque le premier transistor IGBT 10aa est commandé par le premier signal de commande d1a en ouverture, le deuxième transistor IGBT 10ab est commandé par le premier signal de commande d1 a en fermeture, c'est-à-dire par un signal d1 b correspondant au premier signal de commande d1a inversé. Au contraire, lorsque le premier transistor IGBT 10aa est commandé en fermeture, le deuxième transistor IGBT 10ab est commandé en ouverture. Néanmoins, dans un mode de réalisation amélioré, les deux transistors IGBT 10aa, 10ab d'un même bras de pont 10a, 10b, 10c sont commandés simultanément en ouverture pendant une courte période de temps afin d'éviter la commutation simultanée des transistors.
Le premier signal de commande d1 est généré par un premier signal de consigne VA qui est appliqué à un premier régulateur MLI ("Modulateur en Largeur d'Impulsion"), connu en nomenclature anglo-saxonne comme régulateur PWM ("Puise Width Modulation").
Le fonctionnement d'un tel régulateur est connu de l'homme du métier et ne sera pas décrit ici.
Ici, le premier signal de consigne VA est généré par une source de tension sinusoïdale.
Les commandes du deuxième 10b et troisième 10c bras de pont sont similaires à celles du premier bras de pont et ne seront pas décrites ici.
Dans le cas du deuxième bras de pont 10b, le premier signal de consigne VA est appliqué à un deuxième régulateur MLI avec un déphasage de 120° par rapport au premier bras de pont 10a.
De la même façon, pour le troisième bras de pont 10c le premier signal de consigne VA est appliqué à un troisième régulateur MLI avec un déphasage de 120° par rapport au deuxième bras de pont 10b, et par conséquent avec un déphasage 240° par rapport au premier bras de pont 10a.
En même temps, un second signal de consigne VB est appliqué respectivement à chaque régulateur MLI correspondant à chaque bras de pont 10a, 10b, 10c.
Ici, ce second signal de consigne VB est généré par une deuxième source de tension sinusoïdale.
Ce second signal de consigne VB est appliqué identiquement (même niveau de tension et même déphasage) aux trois bras de pont 10a, 10b, 10c.
La figure 7 représente un exemple nullement limitatif des signaux de sortie E1 , E2, E3 des bras de pont 10a, 10b, 10c. Dans le but d'une meilleure lecture des signaux de sortie E1 , E2 et E3 des bras de pont 10a, 10b, 10c, la fréquence de découpage des moyens de commutation 10 a été retirée de ces signaux dans la figure 7.
Dans cet exemple, le premier signal de consigne VA présente une fréquence de 50 Hz et le second signal de consigne VB présente une fréquence de 150 Hz et une amplitude variable entre 0% et 40% de celle de VA.
La courbe en trait continue représente le signal de sortie E1 du premier bras de pont 10a, qui correspond à la superposition des premier et second signaux de consigne VA, VB.
La courbe en trait interrompu représente le signal de sortie E2 du deuxième bras de pont 10b, qui correspond à la superposition des premier et second signaux de consigne VA, VB, le premier signal de consigne VA présentant un déphasage de 120° par rapport au premier signal de consigne VA appliqué au premier bras de pont 10a.
La courbe en trait pointillé représente le signal de sortie E3 du troisième bras de pont 10c, correspondant à la superposition des premier et second signaux de consigne VA, VB, le premier signal de consigne VA présentant un déphasage de 120° par rapport au premier signal de consigne VA appliqué au second bras de pont 10b.
Lorsque le second signal de consigne VB est nul et le premier signal de consigne VA est appliqué aux bras de ponts 10a, 10b, 10c avec un déphasage tel que décrit ci-dessus, la tension de point milieu équivalente à la somme des tensions de sortie E1 , E2, E3 des bras de ponts 10a, 10b, 10c du circuit de commutation 10 est sensiblement nulle. Le premier signal de sortie S1 présente un niveau, par exemple de tension, qui est fonction du premier signal de consigne VA.
Au contraire, lorsque le premier signal de consigne VA est nul et le second signal de consigne VB est appliqué aux trois bras de ponts 10a, 10b, 10c, les différences de tension entre les signaux de sortie E1 , E2, E3 des bras de ponts 10a, 10b, 10c pris deux par deux sont sensiblement nulles et la tension de point milieu est fonction du second signal de consigne VB. Avec le convertisseur fonctionnant selon cette configuration, il est possible de régler le niveau, par exemple de tension, du second signal de sortie S2 indépendamment du niveau, par exemple de tension, du premier signal de sortie S1 . Le niveau du premier signal de sortie S1 est réglé par le niveau du premier signal de consigne VA et celui du second signal de sortie S2 par celui du second signal de consigne VB.
La superposition du second signal de consigne VB au premier signal de consigne VA n'affecte pas la tension de sortie maximale atteignable par le premier signal de sortie. On notera que l'amplitude crête à crête des signaux de sortie E1 , E2 et E3 serait la même en l'absence du second signal de consigne VB comme représenté à la figure 7.
Lorsque le circuit de commutation 10 comporte deux bras de pont, c'est-à-dire que le premier signal est un signal alternatif monophasé, le premier signal de consigne VA est appliqué à chaque bras de ponts 10a, 0b, 10c avec un déphasage de 180°.
Dans un mode de réalisation amélioré, les fréquences des signaux de consigne VA et VB présentent des valeurs de fréquence différentes.
A titre d'exemple nullement limitatif, le premier signal de consigne VA présente une fréquence de 50 Hz et le second signal de consigne VB présente une fréquence de 50 Hz.
Dans le cas d'un circuit de commutation 10 comportant trois bras de pont, lorsque la fréquence du second signal de consigne VB est le triple de celle du premier signal de consigne VA, la plage des niveaux du premier signal de sortie S1 n'est pas affecté par la présence du second signal de sortie S2. Ceci implique une optimisation du dimensionnement du convertisseur permettant d'obtenir une réduction de son prix.
L'utilisation d'une fréquence plus élevée pour le second signal de consigne VB permet d'utiliser un transformateur générant le second signal de sortie d'une taille plus petite.
Ainsi, les niveaux du premier et second signal de consigne VA, VB règlent respectivement les niveaux de premier et second signaux de sortie S1 , S2. Ainsi, grâce à l'invention, on obtient un convertisseur d'énergie électrique générant deux signaux de sortie en utilisant un seul onduleur.
Par conséquent, la taille et le coût d'un tel convertisseur sont réduits par rapport à des convertisseurs de l'art antérieur.
Les deux signaux de sortie correspondent à un premier signal de sortie et à un second signal de sortie qui peuvent être alternatifs .Ces signaux de sortie peuvent être redressés et filtrés pour générer un sortie continue.

Claims

REVENDICATIONS
1. Convertisseur d'énergie électrique générant un premier signal de sortie (S1 ) et un second signal de sortie (S2 ; S20 ; S200), et comportant des moyens de commutation (10 ; 100 ; 1000) comportant au moins deux bras de pont (10a, 10b, 10c ; 100a, 100b, 100c ; 1000a, 1000b, 1000c) adaptés à générer ledit premier signal de sortie (S1 ; S10 ; S100), le convertisseur étant caractérisé en ce qu'il comporte un transformateur (40 ; 400 ; 4000) générant ledit second signal de sortie (S2 ; S20 ; S200), lesdits bras de pont (10a, 10b, 10c ; 100a, 100b, 100c ; 1000a, 1000b, 1000c) étant commandés de sorte à générer simultanément audit premier signal de sortie (S1 ; S10 ; S100) ledit second signal de sortie (S2 ; S20 ; S200), ledit second signal de sortie (S2 ; S20 ; S200) étant fonction d'une tension de point milieu équivalente à la somme des tensions de sortie (Ei , E2, E3) des bras de pont (10a, 10b, 10c ; 100 ; 1000 ; 1000a, 1000b, 1000c) par rapport à un point milieu de la tension d'entrée auxdits moyens de commutation (10 ; 100 ; 1000).
2. Convertisseur d'énergie électrique conforme à la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de filtrage (20 ; 200) adaptés à éliminer la fréquence de découpage des moyens de commutation (10 ; 100 ; 1000).
3. Convertisseur d'énergie électrique conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de filtrage (20 ; 200) comportent des condensateurs (c1 , c2, c3 ; c10, c20, c30) reliés respectivement à chaque bras de pont (10a, 10b, 10c ; 100 ; 1000) par une première borne, lesdits condensateurs (d , c2, c3 ; c10, c20, c30) étant reliés entre eux par une seconde borne, les secondes bornes étant reliés à un potentiel de référence.
4. Convertisseur d'énergie électrique conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur (Ca) disposé entre la seconde borne des condensateurs (c1 , c2, c3) des moyens de filtrage (20) et le potentiel de référence.
5. Convertisseur d'énergie électrique conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque bras de pont (10a, 10b, 10c ; 100a, 100b, 100c ; 1000a, 1000b, 1000c) des moyens de commutation (10 ; 100 ; 1000) comporte au moins deux interrupteurs, lesdits au moins deux interrupteurs de chaque bras de pont étant commandés sensiblement en opposition par deux signaux de commande (d1 , d2, d3) respectivement, les signaux de commande (d1 , d2, d3) étant générés à partir d'un premier et second signaux de consigne (VA, VB), le premier signal de consigne (VA) et le second signal de consigne (VB) étant appliqués à chaque bras de pont (10a, 10b, 10c ; 100a, 100b, 100c ; 1000a, 1000b, 1000c), le premier signal de consigne (VA) étant appliqué avec un déphasage tel que la tension du point milieu est sensiblement nulle.
6. Convertisseur d'énergie électrique conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que ledit déphasage présente une valeur de 180° lorsque les moyens de commutation (10) comportent deux bras de pont (10a, 10b) et une valeur de 120° lorsque les moyens de commutation (10) comportent trois bras de pont (10a, 10b, 10c).
7. Convertisseur d'énergie électrique conforme à l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdits signaux de commande (d1 , d2, d3) sont générés par un régulateur à modulation d'impulsion (MLI) commandé par un signal de consigne de niveau sensiblement égale à la somme des premier et second signaux de consigne (VA, VB).
8. Convertisseur d'énergie électrique conforme à l'une des revendications 5 à 7, la fréquence du second signal de consigne (VB) est supérieure à la fréquence du premier signal de consigne (VA)
9. Convertisseur d'énergie électrique conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit transformateur (40) comporte un primaire et au moins un secondaire, ledit second signal de sortie (S2) étant pris audit secondaire, le primaire étant relié à un premier point (M1 ) situé en aval desdits moyens de commutation (10).
10. Convertisseur d'énergie électrique conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit transformateur (400) est formé par des premiers enroulements (b10, b20, b30) étant respectivement connectées à chaque bras de pont (100a, 100b, 100c), les premiers enroulements (b10, b20, b30) formant un primaire dudit transformateur (400), et au moins un second enroulement (b40) formant un secondaire dudit transformateur (400), le second signal de sortie (S20) étant pris audit secondaire.
1 1. Convertisseur d'énergie électrique conforme à la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un second transformateur (30) relié aux bras de pont (10a, 10b, 10c) des moyens de commutation (10), ledit premier signal de sortie (S1 ) étant pris au secondaire (32) dudit second transformateur (30), et ledit premier point (M1 ) étant le neutre du primaire (31) dudit second transformateur (30).
12. Convertisseur d'énergie électrique conforme à la revendication 1 1 , caractérisé en ce que le neutre du primaire (31) dudit second transformateur (30) est relié au point milieu de la tension d'entrée aux moyens de commutation (10).
13. Convertisseur d'énergie électrique conforme à l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que le primaire (31 ) dudit second transformateur (30) comporte trois enroulements, une borne de chaque enroulement étant connecté au potentiel de référence à travers de condensateurs (c1 , c2, c3).
14. Convertisseur d'énergie électrique conforme à la revendication 8, caractérisé en ce qu'un moteur est connecté aux bras de pont (100a, 100b, 100c) desdits moyens de commutation (1000), ledit premier point (M1 ) étant le neutre dudit moteur.
15. Convertisseur d'énergie électrique conforme à l'une des revendications 1 1 à 14, caractérisé en ce que le primaire (41 ) du transformateur (40) est relié au point milieu (M2) de la tension d'entrée des moyens de commutation (10).
16. Convertisseur d'énergie électrique conforme à la revendication 8, caractérisé en ce qu'un condensateur (Ca) est connecté à chaque bras de pont (10"a, 10"b, 10"c) par une première borne, lesdits condensateurs (d", c2", c3") étant connectés entre eux par une seconde borne, ledit premier point (M1 ) étant formé par les secondes bornes desdits condensateurs.
17. Convertisseur d'énergie électrique selon la revendication 16, caractérisé en ce le primaire du transformateur (30") est relié aux condensateurs (c1", c2", c3") et au potentiel de référence.
PCT/FR2012/050943 2011-04-28 2012-04-27 Convertisseur d'energie electrique WO2012146879A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12725065.2A EP2702679A1 (fr) 2011-04-28 2012-04-27 Convertisseur d'energie electrique
US14/114,334 US20140091620A1 (en) 2011-04-28 2012-04-27 Electric energy converter

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1153627 2011-04-28
FR1153627A FR2974688B1 (fr) 2011-04-28 2011-04-28 Convertisseur d'energie electrique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012146879A1 true WO2012146879A1 (fr) 2012-11-01

Family

ID=46201689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2012/050943 WO2012146879A1 (fr) 2011-04-28 2012-04-27 Convertisseur d'energie electrique

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20140091620A1 (fr)
EP (1) EP2702679A1 (fr)
FR (1) FR2974688B1 (fr)
WO (1) WO2012146879A1 (fr)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1246353A2 (fr) * 2001-03-30 2002-10-02 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Circuit de convertisseur de puissance à sorties multiples
US20020191423A1 (en) * 2001-06-13 2002-12-19 Yasuharu Odachi Power supply apparatus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1246353A2 (fr) * 2001-03-30 2002-10-02 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Circuit de convertisseur de puissance à sorties multiples
US20020191423A1 (en) * 2001-06-13 2002-12-19 Yasuharu Odachi Power supply apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
US20140091620A1 (en) 2014-04-03
FR2974688A1 (fr) 2012-11-02
EP2702679A1 (fr) 2014-03-05
FR2974688B1 (fr) 2014-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2011220A2 (fr) Dispositif de transfert de puissance isole perfectionne
CA2638224A1 (fr) Procede d'alimentation de charges auxiliaires de secours, convertisseur auxiliare et vehicule ferroviaire pour ce procede
EP3605820B1 (fr) Convertisseur de tension continu-continu a resonance
EP3939152A1 (fr) Convertisseur de puissance isole et reconfigurable
EP2727206B1 (fr) Systeme de gestion de l'energie electrique comportant une source d'alimentation electrique, une source d'energie renouvelable et un convertisseur de puissance
FR3104846A1 (fr) Système électrique pour la conversion de tension continue et la charge de batteries d’alimentation
EP3539204B1 (fr) Procédé de commande d'un redresseur triphasé pour un dispositif de charge embarqué sur un véhicule électrique ou hybride
FR2979040A1 (fr) Convertisseur alternatif/continu a isolement galvanique et correcteur de signal
EP3707800B1 (fr) Procédé de commande d'un chargeur de batterie d'accumulateurs électriques
EP2702679A1 (fr) Convertisseur d'energie electrique
FR3059855B1 (fr) Convertisseur dc/dc pour reseaux electriques
EP3163732B1 (fr) Système de conversion de puissance bidirectionnel pour charge électrique monophasée et procédé de conversion de puissance correspondant
EP3539203B1 (fr) Procédé de commande d'un redresseur triphasé pour un dispositif de charge embarqué sur un véhicule électrique ou hybride
EP3859961A1 (fr) Dispositif d'alimentation en énergie électrique pour un circuit triphasé et un circuit monophasé, chaîne de conversion d'énergie auxiliaire et véhicule électrique associés
FR2903248A1 (fr) Dispositif de conversion electrique,convertisseur et alimentation electrique sans interruption comportant un tel dispositif
FR3089076A1 (fr) Convertisseur courant continu - courant continu résonant de type LLC
FR2998115A1 (fr) Etage de conversion, convertisseur electrique comportant un tel etage de conversion, dispositif de conversion d'un courant alternatif en un courant continu comportant un tel convertisseur, et borne de rechargement d'une batterie electrique comportant un tel convertisseur ou dispositif de conversion
EP3276810B1 (fr) Convertisseur dc-dc isolé et batterie électrique comprenant un convertisseur dc-dc isolé
EP2297840A1 (fr) Poste de soudage a l'arc a onduleur a commutation douce quasi resonant optimise
FR2969418A1 (fr) Convertisseur de puissance ac/dc a facteur de puissance et thdi ameliores
WO2023232671A1 (fr) Systeme electrique comprenant trois convertisseurs electriques
EP4382343A1 (fr) Système d'alimentation électrique alimentant une charge électrique via une tension polyphasée et en outre un réseau auxiliaire via une composante homopolaire de ladite tension, installation électrique associée
WO2024022713A1 (fr) Système de conversion tension/courant ou courant/tension
WO2023110643A1 (fr) Module de conversion comprenant un circuit de recuperation d'energie electrique
FR3067887A1 (fr) Chargeur isole reversible pour relier un dispositif de stockage a un reseau electrique

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12725065

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012725065

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14114334

Country of ref document: US