WO2013127910A2 - Systeme d'alimentation - Google Patents

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    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/0077—Plural converter units whose outputs are connected in series

Definitions

  • the invention relates to a power system comprising at least one power supply module for supplying at least one electrical appliance via a high voltage line or HTA.
  • the object of the invention is to supply a low-power electrical appliance with a high-voltage line without it being necessary to have a connection to a LV line or to use heavy and bulky means.
  • the power supply system comprises several power supply modules defining a chain of power supply modules for supplying at least one electrical device, and generating, from a voltage and a current of a line.
  • the system further comprising a line capacity connected to the high voltage line and the input capacitors of the power supply modules, the capacitors input power supply modules and the line capacitance being connected in series, the input capacitors of the power supply modules forming with the line capacitance a capacitive divider connected to the power supply module so that the voltage of Input of each power module is obtained by dividing the voltage of the line by means of the capacitive voltage divider and the input current is a current derived by the line capacitance.
  • a power supply module supplying an electrical appliance is connected directly to a high-voltage line via the line capacity. It is therefore no longer necessary to connect the electrical device to a low-voltage line.
  • the input voltage supplied to the power supply module is the voltage of the line divided by a capacitive divider formed by the line capacitance and the input capacitance of the power supply module. This power system is less complex and much lighter and cumbersome than a winding transformer.
  • FIG. 1 to 3 show schematically several arrangements of power supply modules of a power system of the invention
  • FIG. 4 represents a filter stage of a supply module of a supply system of the invention.
  • the power supply system of the invention comprises several power supply modules 1 (four modules are used here) for powering an electrical appliance 2, of the repeater equipment type for communication.
  • CPL by an HTA line 4, carrying an AC line voltage VI of effective voltage equal to 12kV.
  • the power system is connected to a first armature of a line capacity 3, a second armature of which is connected to the line 4.
  • the line capacitance 3 is first used to provide a common input current to the power modules, the input current being derived by the line capacitance.
  • the line capacitance 3 is not a purely capacitive component. On the contrary, it can be modeled by a perfect capacitance associated with a series resistance and a resistance in parallel (as well as a series inductance whose incidence is sensitive only at high frequency).
  • this line capacity 3 connected to the line HTA 4 forms a current generator that can supply a few milliamperes necessary for the modules constituting the power supply of the electrical apparatus 2.
  • the line capacitance is also used to supply an input voltage Ve to each supply module 1.
  • This input voltage Ve is obtained by dividing the voltage of the line VI.
  • each power supply module 1 comprises an input capacitor 5.
  • the line capacity 3 and the input capacitors 5 of the power supply modules 1 are connected in series, thus forming a chain of capacitors and therefore a chain 6 of modules Power.
  • a capacitive voltage divider is thus created, which makes it possible to impose an input voltage Ve at the input of each of the power supply modules 1, the value of which depends on the line voltage VI and the values of the capacitance line 3 and input capabilities 5.
  • each power supply module 1 is arranged in a manner known per se to generate at its output an output current Is and an output voltage Vs at terminals of a high potential output Sh and a low potential output Sb.
  • the power supply modules 1 cooperate to supply a supply voltage Valim and a supply current Ialim to the electrical apparatus.
  • the invention provides for arranging the power supply modules 1 so that the voltage Valim and the current Ialim, or only one of these two magnitudes, are greater than the voltage Vs and the output current Is of only one of the power supply modules 1.
  • the low potential output Sb will be connected. from a power supply module 1 to the high potential output Sh of the power supply module 1 succeeding it in the chain 6, as can be seen in FIG. 1.
  • the low potential output Sb of the last module of the chain will be connected to the ground of this module.
  • the two other high potential outputs Sh and two low potential outputs Sb are connected to each other; the last two low potential outputs Sb are connected to the ground of the corresponding module.
  • a capacity of 1500 pF (for picofarads) is chosen for the line capacity, which generates an average current slightly greater than 5.5 mA (from a line voltage of 12 kVeff).
  • the input capacitors 5 of the power supply modules 1 are then sized according to two criteria:
  • the input voltage Ve of the modules 1 must correspond to the rated operating voltages of the components of the power supply modules.
  • input capacitors 5 of 20 nanofarads each are chosen, which allows to obtain an input voltage Ve for each power supply module equal to 355 volts.
  • a power supply module 1 To provide an output voltage Vs (here equal to 3 Volts), and an output current Is (here equal to 300 mA), a power supply module 1 comprises, in addition to the input capacitor 5, three main stages: a filter stage 7, a rectifier stage 8, a supply stage 9.
  • the filter stage 7, visible in FIG. 4, is connected in parallel with the input capacitance, to supply a voltage V filtered from the input voltage.
  • the filtering stage 7 comprises differential mode filtering means and common mode filtering means.
  • the filtering stage thus comprises at least one, here two, RLC cells 80 for differential mode filtering for filtering low-frequency disturbances (below 150 kilohertz-KHz), and at least one common mode inductance 90 enabling to filter disturbances of higher frequencies (from 150 KHz to a few megahertz). These disturbances come from line HTA 4 and are transmitted to module 1 via line capacity 3 and input capacitors 5.
  • the rectifier stage 8 converts the filtered filter voltage Vfiltrée alternative into a DC voltage Vc, and provides a DC current.
  • the power stage comprises a switching power supply type Flyback (generating a DC voltage of 3 volts from the DC voltage Vc supplied by the rectifier).
  • the Flyback power supply has a galvanic isolation between its input and output, which ensures that the electrical components of the electrical device will not be subject at a voltage of an order of magnitude of the input voltage Ve (355 volts in the example described above).
  • At least one high potential output Sh of at least one of the power supply modules 1 is preferably connected to a low potential output Sb of another of the modules. feeding 1.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

L'invention concerne un système d'alimentation comportant au moins un module d'alimentation 1 pour alimenter au moins un appareil électrique 2, et générant, à partir d'une tension VI et d'un courant Il d'une ligne haute tension 4, une tension d'entrée Ve et un courant d'entrée Ie de chaque module d'alimentation 1, caractérisé en ce que le système comporte en outre une capacité de ligne 3 connectée à la ligne haute tension 4 et au moins une capacité d'entrée 5 du module d'alimentation 1, la capacité d'entrée 5 étant reliée à la capacité de ligne 3 pour former un diviseur capacitif relié au module d'alimentation 1 de sorte que la tension d'entrée Ve de chaque module d'alimentation 1 est obtenue en divisant la tension VI de la ligne au moyen du diviseur de tension capacitif et le courant d'entrée le est un courant dérivé par la capacité de ligne.

Description

Système d' alimentation
L'invention a pour objet un système d'alimentation comportant au moins un module d'alimentation pour alimenter au moins un appareil électrique via une ligne à haute tension ou HTA.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Il est connu de raccorder un certain nombre d'équipements électriques sur une ligne à haute tension, tels que des appareils de surveillance de la ligne, des appareils d'alerte, des appareils émetteurs/récepteurs ou répéteurs de données...
Pour alimenter électriquement ces appareils électriques, il est bien sûr possible de les raccorder à une ligne basse tension ou BT et de convertir la tension alternative de la ligne en une tension continue d'alimentation de l'appareil (on réalise fréquemment une conversion d'une tension alternative de 230 Volts en une tension continue de 12 Volts). Ceci nécessite qu'une ligne BT soit disponible à proximité des appareils électriques. II est aussi possible de relier l'équipement électrique à une ligne HTA, en interposant entre la ligne HTA et l'équipement électrique un transformateur d'alimentation, comprenant un enroulement primaire connecté à la ligne HTA, et un enroulement secondaire connecté à l'appareil électrique. Un tel transformateur, capable de convertir une tension type HTA en une tension d'alimentation de l'appareil, serait d'une part, particulièrement complexe à réaliser, et d'autre part, très lourd et encombrant.
OBJET DE L'INVENTION
L'invention a pour objet d'alimenter un appareil électrique de faible consommation par une ligne haute tension sans qu'il soit nécessaire de disposer d'un raccordement à une ligne BT ou d'utiliser des moyens lourds et encombrants.
RESUME DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un système d'alimentation. Selon l'invention, le système d'alimentation comporte plusieurs modules d'alimentation définissant une chaîne de modules d'alimentation pour alimenter au moins un appareil électrique, et générant, à partir d'une tension et d'un courant d'une ligne haute tension, une tension d'entrée et un courant d'entrée de chaque module d'alimentation, le système comportant en outre une capacité de ligne connectée à la ligne haute tension et aux capacités d'entrée des modules d'alimentation, les capacités d'entrée des modules d'alimentation et la capacité de ligne étant connectées en série, les capacités d'entrée des modules d'alimentation formant avec la capacité de ligne un diviseur capacitif relié au module d'alimentation de sorte que la tension d'entrée de chaque module d'alimentation est obtenue en divisant la tension de la ligne au moyen du diviseur de tension capacitif et le courant d'entrée est un courant dérivé par la capacité de ligne.
Ainsi, un module d'alimentation alimentant un appareil électrique est relié directement à une ligne haute tension via la capacité de ligne. Il n'est donc plus nécessaire de connecter l'appareil électrique à une ligne basse tension. En outre, la tension d'entrée fournie au module d'alimentation est la tension de la ligne divisée par un diviseur capacitif formé de la capacité de ligne et de la capacité d'entrée du module d'alimentation. Ce système d'alimentation est donc moins complexe et beaucoup moins lourd et encombrant qu'un transformateur à enroulements.
L ' invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode de mise en œuvre particulier non limitatif de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- les figures 1 à 3 représentent schématiquement plusieurs agencements de modules d'alimentation d'un système d'alimentation de l'invention,
- la figure 4 représente un étage de filtrage d'un module d'alimentation d'un système d'alimentation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures 1 à 3, le système d'alimentation de l'invention comporte plusieurs modules d'alimentation 1 (quatre modules sont utilisés ici) pour alimenter un appareil électrique 2, de type équipement répéteur pour communication CPL, par une ligne HTA 4, transportant une tension alternative de ligne VI de tension efficace égale à 12kV. Le système d'alimentation est relié à une première armature d' une capacité de ligne 3 dont une deuxième armature est connectée à la ligne HTA 4.
La capacité de ligne 3 est tout d'abord utilisée pour fournir un courant d' entrée le commun aux modules d'alimentation, le courant d'entrée le étant dérivé par la capacité de ligne. Comme toute capacité, la capacité de ligne 3 n'est pas un composant purement capacitif. Au contraire, elle peut être modélisée par une capacité parfaite associée à une résistance en série et une résistance en parallèle (ainsi qu'à une inductance en série dont l'incidence n'est sensible qu'à haute fréquence). ] Ainsi, cette capacité de ligne 3 connectée à la ligne HTA 4 forme un générateur de courant pouvant fournir quelques milliampères nécessaires aux modules constituant l'alimentation de l'appareil électrique 2.
La capacité de ligne est aussi utilisée pour fournir une tension d'entrée Ve à chaque module d'alimentation 1. Cette tension d'entrée Ve est obtenue en divisant la tension de la ligne VI. Pour cela, chaque module d'alimentation 1 comporte une capacité d'entrée 5. La capacité de ligne 3 et les capacités d'entrée 5 des modules d'alimentation 1 sont reliées en série, formant ainsi une chaîne de capacités et donc une chaîne 6 de modules d'alimentation. On créé donc ainsi un diviseur de tension capacitif, qui permet d'imposer une tension d'entrée Ve à l'entrée de chacun des modules d'alimentation 1, dont la valeur dépend de la tension de ligne VI et des valeurs de la capacité de ligne 3 et des capacités d'entrée 5.
A partir de ce courant d'entrée le et de cette tension d'entrée Ve, chaque module d'alimentation 1 est agencé de façon connue en elle-même pour générer à sa sortie un courant de sortie Is et une tension de sortie Vs aux bornes d'une sortie de potentiel haut Sh et d'une sortie de potentiel bas Sb.
Les modules d'alimentation 1 coopèrent pour fournir une tension d' alimentation Valim et un courant d'alimentation Ialim à l'appareil électrique. L'invention prévoit d'agencer les modules d'alimentation 1 de manière à ce que la tension Valim et le courant Ialim, ou uniquement l'une de ces deux grandeurs, soient supérieurs à la tension Vs et au courant Is de sortie d'un seul des modules d'alimentation 1.
Pour fournir à l'appareil électrique 2 une tension Valim élevée (égale à la somme de toutes les tensions Vs) et un courant Ialim faible (égal au courant fourni par un seul module d'alimentation), on connectera la sortie de potentiel bas Sb d'un module d'alimentation 1 à la sortie de potentiel haut Sh du module d'alimentation 1 lui succédant dans la chaîne 6, comme cela est visible à la figure 1. La sortie de potentiel bas Sb du dernier module de la chaîne sera connectée à la masse de ce module.
Pour fournir à l'appareil électrique 2 une tension Valim faible mais un courant Ialim important (égal à la somme de tous les courants Is), on connectera entre elles les sorties de potentiel haut Sh des modules 1, et on connectera chaque sortie de potentiel bas Sb à la masse du module correspondant, comme cela est visible à la figure 2.
On peut aussi choisir une solution intermédiaire, représentée à la figure 3, dans laquelle : - deux sorties de potentiel haut Sh de deux modules successifs sont reliées entre elles,
- les deux autres sorties de potentiel haut Sh et deux sorties de potentiel bas Sb sont reliées entre elles, - les deux dernières sorties de potentiel bas Sb sont reliées à la masse du module correspondant.
On obtient alors une tension Valim égale à deux fois la tension Vs, et un courant Ialim égal à deux fois le courant Is.
Pour illustrer une manière de dimensionner le système d'alimentation, on choisit comme appareil électrique 2 un équipement répéteur alimenté en 12 Volts, et consommant un courant moyen de 300 milliampères . On choisit d'alimenter cet équipement 2 avec des modules d'alimentation 1 fournissant chacun une tension de sortie Vs égale à 3 Volts. Ainsi, on préférera la solution illustrée à la figure 1 pour fournir une tension d'alimentation Valim = 12 Volts à l'équipement répéteur 2.
On choisit pour la capacité de ligne une capacité de 1500 pF (pour picofarads) , qui génère un courant moyen légèrement supérieur à 5,5 mA (à partir d'une tension de ligne de 12kVeff) . On dimensionne ensuite les capacités d'entrée 5 des modules d'alimentation 1 selon deux critères :
· premier critère : les tensions d'entrée Ve des modules d'alimentation 1 doivent être égales, pour que chaque module 1 puisse être identique et interchangeable,
• second critère : la tension d' entrée Ve des modules 1 doit correspondre aux tensions nominales d'utilisation des composants des modules d' alimentation .
Pour répondre au premier critère, on prévoit des capacités d'entrée 5 de valeur identique.
Pour répondre au second critère, on choisit des capacités d'entrée 5 de 20 nanofarads chacune, ce qui permet d' obtenir une tension d' entrée Ve pour chaque module d'alimentation égale à 355 Volts.
Ainsi, on obtient quatre modules d'alimentations agencés pour fournir un courant lalim proche de 300 mA sous une tension Valim = 12 Volts à l'équipement répéteur 2.
On détaille maintenant la structure des modules d'alimentation 1. Pour fournir une tension de sortie Vs (ici égale à 3 Volts), et un courant de sortie Is (ici égal à 300 mA) , un module d'alimentation 1 comporte, outre la capacité d'entrée 5, trois étages principaux : un étage de filtrage 7, un étage redresseur 8, un étage d'alimentation 9.
L'étage de filtrage 7, visible à la figure 4, est connecté en parallèle avec la capacité d'entrée, pour fournir une tension Vfiltrée à partir de la tension d'entrée. L'étage de filtrage 7 comprend des moyens de filtrage en mode différentiel et des moyens de filtrage en mode commun. L'étage de filtrage comporte ainsi au moins une, ici deux, cellules RLC 80 pour un filtrage en mode différentiel permettant de filtrer des perturbations basses fréquences (en dessous de 150 kilohertz - KHz), et au moins une inductance mode commun 90 permettant de filtrer des perturbations de fréquences plus importantes (de 150 KHz à quelques mégahertz) . Ces perturbations proviennent de la ligne HTA 4 et sont transmises au module 1 via la capacité de ligne 3 et les capacités d'entrée 5.
L'étage redresseur 8 transforme la tension filtrée Vfiltrée alternative en une tension continue Vc, et fournit un courant continu le.
L'étage d'alimentation comporte quant à lui une alimentation à découpage de type Flyback (générant une tension continue de 3 Volts à partir de la tension continue Vc fournie par le redresseur). L'alimentation Flyback comporte une isolation galvanique entre son entrée et sa sortie, ce qui permet d'assurer que les composants électriques de l'appareil électriques ne seront pas soumis à une tension d'un ordre de grandeur de la tension d'entrée Ve (355 Volts dans l'exemple décrit ci-dessus).
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particulier qui viennent d'être décrits, mais, bien au contraire, couvre toute variante entrant dans le cadre de l'invention telle que définie par les revendications.
L'ensemble des valeurs numériques utilisées, ainsi que le nombre de modules d'alimentation, ne sont fournis qu'à titre d'exemple, pour illustrer l'invention.
Bien que l'on ait choisit une ligne HTA, l'invention est bien sûr applicable à tout type de ligne haute tension.
Il est aussi possible de prévoir d'intégrer un module d'alimentation directement dans un appareil électrique.
Dans le système d'alimentation selon l'invention, on notera qu'au moins une sortie de potentiel haut Sh d'au moins un des modules d'alimentation 1 est préférentiellement connectée à une sortie de potentiel bas Sb d'un autre des modules d'alimentation 1.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'alimentation caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs modules d'alimentation (1) définissant une chaîne de modules d'alimentation pour alimenter au moins un appareil électrique (2) , et générant, à partir d'une tension (VI) et d'un courant (II) d'une ligne haute tension (4), une tension d'entrée (Ve) et un courant d'entrée (le) de chaque module d'alimentation (1), le système comportant en outre une capacité de ligne (3) connectée à la ligne haute tension (4) et aux capacités d'entrée (5) des modules d'alimentation (1), les capacités d'entrée (5) des modules d'alimentation (1) et la capacité de ligne (3) étant connectées en série, les capacités d'entrée (5) des modules d'alimentation formant avec la capacité de ligne (3) un diviseur capacitif relié au module d'alimentation (1) de sorte que la tension d'entrée (Ve) de chaque module d'alimentation (1) est obtenue en divisant la tension (VI) de la ligne au moyen du diviseur de tension capacitif et le courant d'entrée (le) est un courant dérivé par la capacité de ligne.
2. Système d'alimentation selon la revendication 1, dans lequel chaque module d'alimentation (1) comporte successivement un étage de filtrage (7) connecté en parallèle avec la capacité d'entrée (3) pour filtrer la tension (Ve) , un étage redresseur (8) pour obtenir une tension continue (Vc) et un courant continu (le) , un étage d'alimentation (8) pour générer un courant de sortie (Is) et une tension de sortie (Vs) entre une sortie de potentiel haut (Sh) et une sortie de potentiel bas (Sb) du module d'alimentation (1) pour alimenter un appareil électrique (2) .
3. Système d'alimentation selon la revendication 2, dans lequel au moins une sortie de potentiel haut (Sh) d'au moins un des modules d'alimentation (1) est connectée à une sortie de potentiel bas (Sb) d'un autre des modules d'alimentation (1).
4. Système d'alimentation selon la revendication 3, dans lequel la sortie de potentiel bas (Sb) de chaque module d'alimentation (1) est connectée à la sortie de potentiel haut (Sh) du module d'alimentation (1) lui succédant dans la chaîne (6), à l'exception du dernier module d'alimentation (1) de la chaîne (6) dont la sortie de potentiel bas (Sb) est connectée à une masse électrique dudit dernier module d'alimentation.
5. Système d'alimentation selon la revendication 1, dans lequel les sorties de potentiels hauts (Sh) de tous les modules d'alimentation (1) sont connectées entre elles et dans lequel, pour chaque module d'alimentation (1), la sortie de potentiel bas (Sb) est connectée à la masse du module d'alimentation (1).
6. Système d'alimentation selon la revendication 2, dans lequel l'étage de filtrage (7) comprend des moyens de filtrage en mode différentiel (80) et des moyens de filtrage en mode commun (90) .
7. Système d'alimentation selon la revendication 6, dans lequel les moyens de filtrage en mode différentiel (80) comportent au moins un circuit RLC .
8. Système d'alimentation selon la revendication 7, dans lequel les moyens de filtrage en mode commun (90) comportent au moins une inductance mode commun.
9. Système d'alimentation selon la revendication 1, dans lequel chaque module d'alimentation est intégré dans un appareil électrique (2) .
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