WO2017001785A1 - Circuit de surveillance d'un réseau électrique triphasé - Google Patents

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    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/12—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to underload or no-load
    • H02H3/13—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to underload or no-load for multiphase applications, e.g. phase interruption

Definitions

  • the invention relates to the field of monitoring electrical networks including those of aircraft. It relates more particularly to the monitoring of three-phase electrical networks.
  • one of the most widely used methods of providing electrical power to a load is to power it through a network of three wires named phases and sometimes a fourth named neutral. This is called a three-phase network.
  • Such a three-phase network is said to be balanced when the three phases, brought to an alternating potential, are out of phase with each other by 120 ° and all have the same amplitude.
  • the nominal case corresponds to a balanced network on which the load draws on each of the three network phases a current itself balanced.
  • a rectifier or an AC / DC converter (AC / DC converter) is conventionally used, whose function is to transform a three-phase AC voltage into a DC voltage called a DC bus which is simpler to use. use.
  • the invention proposes to monitor a three-phase electrical network to detect a loss of at least one phase leading to an imbalance of the three-phase network that can damage the load it feeds and / or the source, i.e. an electrical distribution system.
  • the invention proposes a circuit for monitoring a three-phase electrical network comprising three phases each having an alternating voltage, the circuit being connected to the three phases so as to take an image voltage of the network corresponding to a combination of the AC voltages. , said circuit being configured for from the image voltage being able to take several waveforms, detecting that at least one phase is absent, the image voltage waveforms when the three phases are present being different from the cases where at least one phase is absent.
  • the invention is advantageously completed by the following characteristics, taken alone or in any of their technically possible combination.
  • the circuit comprises a rectifier receiving the three phases as input, the rectifier being configured to rectify the three AC voltages in order to provide a rectified signal.
  • the circuit includes a rectified signal matching unit configured to reduce the amplitude of the rectified signal to provide a rectified signal of reduced amplitude.
  • the circuit comprises a comparator configured to compare the rectified signal with a threshold so as to generate a slot signal whenever at least one phase is absent or to generate a constant signal if all phases are present.
  • the circuit comprises a detection unit configured to detect whether the signal coming from the comparator is a square wave signal, the signal coming from the detection unit being constant and equal to a certain logic state if the comparator signal is a slot or in the opposite logical state otherwise.
  • the circuit includes a signal operating unit from the detection unit for providing an output signal representative of the loss of at least one phase.
  • the invention also relates to a three-phase electrical network powered by three sinusoidal voltage sources comprising a monitoring circuit, according to the invention.
  • the circuit operates whether the load connected to the three-phase network takes power or not.
  • the circuit is compatible with a three-phase network for aircraft with variable frequency and amplitude.
  • the circuit indicates a loss of phase as long as the fault is present and returns to the normal state autonomously as soon as the failure disappears.
  • the circuit is compatible with a soldering component on PCB, it is not expensive and uses only a small surface.
  • the circuit makes it possible to dispense with the use of the neutral of the three-phase network since it is a combination of the present phases that is exploited.
  • Figure 1 illustrates an overview of an implementation of a monitoring circuit
  • FIG. 2 illustrates a possible implementation of the monitoring circuit
  • FIG. 3 illustrates timing diagrams of the signals involved in the monitoring circuit.
  • FIG. 1 illustrates an overall view of a load C fed by a three-phase electrical network comprising three phases ⁇ ⁇ , ⁇ , ⁇ .
  • Each of the phases ⁇ ⁇ , ⁇ , ⁇ : has an alternating voltage U A , U B , U c .
  • the three-phase electrical network is monitored by a monitoring circuit connected to the three phases ⁇ ⁇ , ⁇ , ⁇ : so as to take an image voltage from the network which is a combination of the alternating voltages U A , U B , U c , ie From the simple high voltage alternating phases a low amplitude voltage exploitable by usual electronic circuits is generated.
  • the circuit 10 is configured to distinguish between the image voltage waveforms of the network, these waveforms being very different between the case where the three input phases are present and the alternative network configurations in which is absent at least one phase of the three-phase electrical network.
  • a network phase is considered to be absent if its impedance with respect to the neutral is infinite (open circuit, ie connection interrupted between the equipment and the three-phase source), if its impedance by Neutral ratio is zero (short circuit to neutral) or if its impedance with respect to one of the other two phases is zero (short circuit between phases).
  • the monitoring circuit 10 is based on a recombination of the three phases and on the waveform difference of the combined signal between the operation with three phases (normal case) or with no phase or one phase or two phases .
  • the circuit 10 thus receives at input the three phases ⁇ ⁇ , ⁇ , ⁇ and provides an output S which has a logic state equal to ⁇ when all the phases are present and a logic state equal to ⁇ 0 'when at least one phase is absent.
  • the AC input voltages are considered as present if the amplitude and frequency of each of them is of the same order of magnitude as that of the other two and their phases have a phase shift of 120 ° between them.
  • FIG. 2 illustrates a possible implementation of the monitoring circuit and in FIG. 3 timing diagrams of the signals involved in the circuit 10 (at the top are the voltages when all the phases are present, at the bottom they are the voltages when at least one phase is absent, here an absent phase).
  • the circuit 10 comprises a low power, hexaphase diode rectifying stage 1, which is connected to the three phases of the three-phase network to be monitored.
  • the rectifier 1 makes it possible to supply a rectified voltage (signal E0).
  • the rectified voltage E0 has a strong DC component (DC voltage) with a low ripple when the three phases are present.
  • DC voltage DC voltage
  • the rectified voltage E0 has a strong ripple.
  • a unit 2 for adapting the rectified signal E0 configured to reduce its amplitude in order to provide a rectified signal of reduced amplitude E1.
  • This amplitude reduction makes it possible to make the signal compatible with the electronics of the circuit 10 components (which are components powered by low voltage).
  • such a matching unit 2 is constituted by a resistive divider bridge for scaling the voltage of the rectified signal (of the order of ten volts).
  • the minimum ratio that is to say by comparing the most restrictive configurations
  • the circuit is therefore reliable.
  • the thus rectified signal E1 is then compared with a threshold by means of a comparator 3 so as to generate a slot signal E2 as long as at least one phase is absent or to generate a constant signal if all the phases are present.
  • the threshold is typically set at half of the minimum value of the rectified voltage in the case where the three phases are present so as to be immune to the parasites that can distort the measurement.
  • the signal coming from the comparator enters a detection unit 4 configured to detect whether the signal E2 is a slot signal, the signal E4 coming from the detection unit being in a certain logical state if E2 is a slot and in the opposite logical state otherwise.
  • the detection unit 4 generates an active intermediate signal E3 (FIG. 3, bottom) when the time separating 2 taps is less than a predetermined duration and otherwise inactive (FIG. 3 at the top).
  • This signal makes it possible to memorize the transiently attained logic state in the absence of at least one phase, i.e. when a low duration pulse occurs with a sufficiently high frequency.
  • This detection time of 2 successive pulses makes it possible to set a detection time of a failure (one third of the frequency of the three-phase network) or to increase the immunity of the circuit.
  • the active state is maintained as long as the fault state persists and the state change occurs autonomously as a function of the variation of the input network configuration.
  • the signal E4 from the detection unit is isolated for operation and provide an isolated output signal S which is exploitable.
  • the signal E4 coming from the detection unit is connected to the primary of an optocoupler.

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Abstract

L'invention concerne un circuit de surveillance d'un réseau électrique triphasé comprenant trois phases (φΑ, ΦΒ, ΦC) ayant chacune une tension alternative, le circuit étant connecté aux trois phases (φΑ, ΦΒ, ΦC) de manière à prélever une tension image du réseau correspondant à une combinaison des tensions alternatives, ledit circuit étant configuré pour, à partir de la tension image pouvant prendre plusieurs formes d'ondes, détecter qu'au moins une phase est absente, les formes d'ondes de la tension image lorsque les trois phases sont présentes étant différentes des cas où au moins une phase est absente.

Description

Circuit de surveillance d'un réseau électrique triphasé
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L'invention concerne le domaine de la surveillance des réseaux électriques notamment ceux des aéronefs. Elle concerne plus particulièrement la surveillance des réseaux électriques triphasés.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans le cadre de la transmission de puissance dans des réseaux électriques, une des méthodes les plus utilisée pour fournir l'énergie électrique à une charge consiste à l'alimenter par un réseau de trois fils nommés phases et parfois un quatrième nommé neutre. On parle alors de réseau triphasé.
Un tel réseau triphasé est dit équilibré lorsque les trois phases, portées à un potentiel alternatif, sont déphasées l'une par rapport à l'autre de 120° et ont toutes la même amplitude.
Le cas nominal correspond à un réseau équilibré sur lequel la charge prélève sur chacune des trois phases réseau un courant lui-même équilibré.
Ainsi la puissance prélevée est constante, également répartie sur les trois phases et la section requise des fils du réseau est définie de façon optimale.
Pour coupler un équipement électrique à un réseau électrique triphasé on utilise classiquement un redresseur ou un convertisseur alternatif/continu (convertisseur AC/DC) qui ont pour fonction de transformer une tension alternative triphasée en une tension continue appelée bus DC qui est plus simple d'utilisation.
Lorsque l'énergie est distribuée à des charges de puissance (commande de machine tournante électrique, convertisseurs de forte puissance par exemple), un déséquilibre marqué du réseau peut conduire à des dommages important au système de distribution électrique et/ou à l'équipement connecté au réseau triphasé par augmentation du courant dans les phases encore actives.
En particulier, un cas de déséquilibre très critique correspond à une perte complète d'une phase (circuit ouvert). PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention propose de surveiller un réseau électrique triphasé pour détecter une perte d'au moins une phase conduisant à un déséquilibre du réseau triphasé pouvant endommager la charge qu'il alimente et/ou la source, i.e. un système de distribution électrique.
A cet effet, l'invention propose un circuit de surveillance d'un réseau électrique triphasé comprenant trois phases ayant chacune une tension alternative, le circuit étant connecté aux trois phases de manière à prélever une tension image du réseau correspondant à une combinaison des tensions alternatives, ledit circuit étant configuré pour à partir de la tension image pouvant prendre plusieurs formes d'ondes, détecter qu'au moins une phase est absente, les formes d'ondes de la tension image lorsque les trois phases sont présentes étant différentes des cas où au moins une phase est absente.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible.
Le circuit comprend un redresseur recevant en entrée les trois phases, le redresseur étant configuré pour redresser les trois tensions alternatives afin de fournir un signal redressé.
Le circuit comprend une unité d'adaptation du signal redressé configurée pour réduire l'amplitude du signal redressé afin de fournir un signal redressé d'amplitude réduite.
Le circuit comprend un comparateur configuré pour comparer le signal redressé à un seuil de manière à générer un signal créneau dès lors qu'au moins une phase est absente ou générer un signal constant si toutes les phases sont présentes.
Le circuit comprend une unité de détection configurée pour détecter si le signal issu du comparateur est un signal créneau, le signal issu de l'unité de détection étant constant et égal à un certain état logique si le signal du comparateur est un créneau ou dans l'état logique opposé sinon.
Le circuit comprend une unité d'exploitation du signal issu de l'unité de détection afin de fournir un signal de sortie représentatif de la perte d'au moins une phase.
L'invention concerne également un réseau électrique triphasé alimenté par trois sources de tension sinusoïdales comprenant un circuit de surveillance, selon l'invention.
Les avantages de l'invention sont multiples.
Le circuit fonctionne que la charge connectée au réseau triphasé prélève ou non de la puissance.
Le circuit est compatible d'un réseau triphasé pour aéronef à fréquence et amplitude variables. Le circuit indique une perte de phase tant que la panne est présente et revient à l'état normal de façon autonome dès que la panne disparait.
Le circuit est compatible d'une réalisation en composant à braser sur PCB, il n'est pas onéreux et n'utilise qu'une faible surface.
En outre, le circuit permet de s'affranchir de l'utilisation du neutre du réseau triphasé puisque c'est une combinaison des phases présentes qui est exploitée.
Enfin, comme le circuit ne fait pas de distinction entre les cas où une phase, deux phases ou bien trois phases sont absentes, ce dernier est peu complexe. PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 illustre une vue d'ensemble d'une implémentation d'un circuit de surveillance ;
La figure 2 illustre une implémentation possible du circuit de surveillance ;
La figure 3 illustre des chronogrammes des signaux impliqués dans le circuit de surveillance.
Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
La figure 1 illustre une vue d'ensemble d'une charge C alimentée par un réseau électrique triphasé comprenant trois phases φΑ, ΦΒ, Φο. Chacune des phases φΑ, ΦΒ, φ: a une tension alternative UA, UB, Uc. Le réseau électrique triphasé est surveillé par un circuit 10 de surveillance connecté aux trois phases φΑ, ΦΒ, φ: de manière à prélever une tension image du réseau qui est une combinaison des tensions alternatives UA, UB, Uc, i.e. qu'à partir des phases alternatives simples haute tension une tension de faible amplitude exploitable par des circuits électroniques usuels est générée.
Le circuit 10 est configuré pour faire la distinction entre les formes d'ondes de la tension image du réseau, ces formes d'ondes étant très différentes entre le cas où les trois phases d'entrée sont présentes et les configurations du réseau alternatif dans lesquelles est absente au moins une phase du réseau électrique triphasé. Une phase réseau est considérée comme absente si son impédance par rapport au neutre est infinie (circuit ouvert, i.e. connexion interrompue entre l'équipement et la source triphasée), si son impédance par rapport au neutre est nulle (court-circuit au neutre) ou si son impédance par rapport à l'une des deux autres phases est nulle (court-circuit entre phases).
En particulier, le circuit 10 de surveillance se fonde sur une recombinaison des trois phases et sur la différence de forme d'onde du signal combiné entre le fonctionnement avec trois phases (cas normal) ou avec aucune phase ou une seule phase ou bien deux phases.
En effet, il existe une différence qui est très marquée entre le signal recombiné lorsque toutes les phases sont présentes avec le signal recombiné lorsqu'au moins une phase est manquante.
De ce fait, une simple variation d'amplitude ou un déséquilibre de tension entre les phases est négligeable et n'influe pas sur le résultat donné par le circuit 10.
Le circuit 10 reçoit donc en entrée les trois phases φΑ, ΦΒ, Φο et fournit une sortie S qui présente un état logique égal à λ lorsque toutes les phases sont présentes et un état logique égal à λ0' lorsqu'au moins une phase est absente. Les tensions alternatives d'entrée sont considérées comme présentes si l'amplitude et la fréquence de chacune d'entre elles est du même ordre de grandeur que celle des deux autres et que leurs phases présentes un déphasage de 120° entre elles.
On a illustré sur la figure 2 une implémentation possible du circuit de surveillance et sur la figure 3 des chronogrammes des signaux impliqués dans le circuit 10 (en haut ce sont les tensions lorsque toutes les phases sont présentes, en bas ce sont les tensions lorsqu'au moins une phase est absente, ici une phase absente).
Le circuit 10 comprend un étage redresseur à diodes 1, hexaphasé et à faible puissance, qui est connecté aux trois phases du réseau triphasé à surveiller. Le redresseur 1 permet de fournir une tension redressée (signal E0). En sortie du redresseur, la tension redressée E0 présente une forte composante continue (tension DC) avec une faible ondulation lorsque les trois phases sont présentes. En revanche, dès lors qu'une phase est absente, la tension redressée E0 présente une forte ondulation.
En sortie du redresseur 1 est connectée une unité 2 d'adaptation du signal redressé E0 configuré pour réduire son amplitude afin de fournir un signal redressé d'amplitude réduite El. Cette réduction d'amplitude permet de rendre compatible le signal avec l'électronique des composants du circuit 10 (qui sont des composants alimentés par de la basse tension).
De manière préférée, une telle unité 2 d'adaptation est constituée par un pont diviseur résistif permettant de mettre à l'échelle la tension du signal redressé (de l'ordre de la dizaine de volts). Pour une amplitude du signal issu de réseau triphasé variant de 96VRMs à 180VRMs par exemple, le ratio minimal (c'est-à-dire en comparant les configurations les plus contraignantes) entre l'ondulation du signal obtenu en présence de trois phases et celle obtenue avec seulement deux phases présentes est de l'ordre de quatre. Ainsi nous obtenons une très forte immunité aux perturbations ou aux différents déséquilibres (amplitude, phase, autres), le circuit est donc fiable.
Le signal ainsi redressé El est ensuite comparé à un seuil par l'intermédiaire d'un comparateur 3 de manière à générer un signal créneau E2 dès lors qu'au moins une phase est absente ou générer un signal constant si toutes les phases sont présentes. Le seuil est typiquement fixé à la moitié de la valeur minimale de la tension redressée dans le cas où les trois phases sont présentes de façon à être immune aux parasites qui peuvent faussés la mesure.
Puis, il s'agit de déterminer si le signal issu du comparateur 3 est un signal créneau ou non. Pour ce faire, le signal issu du comparateur entre dans une unité 4 de détection configurée pour détecter si le signal E2 est un signal créneau, le signal E4 issu de l'unité de détection étant dans un certain état logique si E2 est un créneau et dans l'état logique opposé sinon.
En particulier, l'unité 4 de détection génère un signal intermédiaire E3 actif (figure 3, en bas) lorsque le temps séparant 2 puises est inférieur à une durée prédéterminée et inactif sinon (figure 3 en haut). Ce signal permet de mémoriser l'état logique transitoirement atteint en cas d'absence d'au moins une phase, i.e. quand un puise de faible durée se produit avec une fréquence suffisamment élevée. Cette durée de détection de 2 puises successifs permet de régler un temps de détection d'une panne (un tiers de la fréquence du réseau triphasé) ou d'augmenter l'immunité du circuit. L'état actif est maintenu tant que l'état de panne perdure et le changement d'état se produit de façon autonome en fonction de la variation de la configuration du réseau d'entrée.
Ensuite, le signal E4 issu de l'unité de détection est isolé pour exploitation et fournir un signal isolé de sortie S qui est exploitable.
Sur la figure 2, le signal E4 issu de l'unité de détection est connecté au primaire d'un optocoupleur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Circuit de surveillance d'un réseau électrique triphasé comprenant trois phases (φΑ, ΦΒ, Φο) ayant chacune une tension alternative (UA, UB, Uc), le circuit étant connecté aux trois phases (ΦΑ, ΦΒ, Φο) de manière à prélever une tension image du réseau correspondant à une combinaison des tensions alternatives (UA, UB, Uc), ledit circuit étant configuré pour à partir de la tension image pouvant prendre plusieurs formes d'ondes, détecter qu'au moins une phase est absente, les formes d'ondes de la tension image lorsque les trois phases sont présentes étant différentes des cas où au moins une phase est absente.
2. Circuit de surveillance selon la revendication 1, comprenant un redresseur (1) recevant en entrée les trois phases, le redresseur étant configuré pour redresser les trois tensions alternatives afin de fournir un signal redressé (E0).
3. Circuit de surveillance selon la revendication 2, comprenant une unité (2) d'adaptation du signal redressé (E0) configurée pour réduire l'amplitude du signal redressé afin de fournir un signal redressé d'amplitude réduite (El).
4. Circuit de surveillance selon la revendication 3, comprenant un comparateur (3) configuré pour comparer le signal redressé (El) à un seuil de manière à générer un signal créneau
(E2) dès lors qu'au moins une phase est absente ou générer un signal constant si toutes les phases sont présentes.
5. Circuit de surveillance selon la revendication 4, comprenant une unité (4) de détection configurée pour détecter si le signal (E2) issu du comparateur est un signal créneau, le signal (E4) issu de l'unité de détection étant constant et égal à un certain état logique si le signal (E2) du comparateur est un créneau ou dans l'état logique opposé sinon.
6. Circuit de surveillance selon la revendication 5, comprenant une unité (5) d'exploitation du signal (E4) issu de l'unité de détection afin de fournir un signal de sortie (S) représentatif de la perte d'au moins une phase.
7. Réseau électrique triphasé alimenté par trois sources de tension sinusoïdales (UA, UB, Uc) comprenant un circuit de surveillance, selon l'une des revendications précédentes.
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