Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
1
Actionneur électrique qui intègre deux onduleurs de
tension contrôlés en courant alimentant une machine
électrique et qui est reconfigurable en présence d'un
défaut
L'invention concerne un actionneur électrique
destiné à équiper un aéronef pour commander un équipement
de cet aéronef.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Dans le domaine aéronautique, on attend d'un système
de commande d'un équipement, qu'il soit continûment
disponible. Cela signifie qu'en cas de défaillance de l'un
des composants de ce système, ce système de commande doit
être capable de fonctionner, par exemple dans un mode
dégradé, pour manoeuvrer l'équipement malgré la
défaillance. Ainsi, lorsqu'une défaillance est détectée en
vol, le système peut encore fonctionner.
Dans ce cadre, les systèmes de commande
effectivement utilisés dans le domaine aéronautique sont
hydrauliques : ils comprennent un actionneur hydraulique de
type vérin, et un réseau hydraulique interposé entre ce
vérin et un organe de commande.
Le réseau comporte alors deux circuits hydrauliques
distincts et indépendants : en cas de défaillance de l'un
des circuits, par exemple du fait d'une fuite, l'autre
circuit reste disponible pour commander l'actionneur
hydraulique.
L'évolution actuelle de l'aéronautique conduit à
remplacer les systèmes de commande hydrauliques par des
systèmes de commande électriques.
Dans ce cadre, il a été choisi d'utiliser des
actionneurs dont les moteurs sont des machines électriques,
notamment du type synchrones à aimants permanents, qui
peuvent être asservies en vitesse, en position ou bien en
effort, tout en étant suffisamment légères.
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
2
La variation de vitesse de ces machines nécessite la
variation de la fréquence du courant ou de la tension qui
leur est appliquée, ce qui nécessite d'intégrer un
convertisseur statique, pour faire varier cette commande
conformément aux variables de commande. Lorsque la source
électrique est monophasée, triphasée ou polyphasée, ce
convertisseur peut être constitué d'un redresseur non
commandé à diode ou un redresseur commandé, associé à
onduleur.
Cependant, ce type d'onduleur comporte des bras
portant chacun deux interrupteurs commandés, ou transistors
qui peuvent se bloquer dans un état ouvert ou fermé.
Lorsque l'un de ces transistors est en défaut, le pilotage
est significativement compliqué par le fait que l'intensité
du courant transitant dans les bras restant valides ne peut
alors plus être contrôlée.
En ce qui concerne l'alimentation électrique,
différentes solutions sont envisagées le réseau
électrique d'alimentation peut être un réseau triphasé
unique suffisamment sécurisé pour être considéré comme
fiable.
Il est également envisagé de prévoir deux réseaux
triphasés distincts, de façon analogue au cas des systèmes
à commande hydraulique. Les deux réseaux peuvent alors être
soit électriquement isolés, soit non isolés.
Dans le cas où les deux réseaux triphasés sont
isolés, le neutre de l'un est indépendant du neutre de
l'autre, et dans le cas où il ne sont pas électriquement
isolés, leurs neutres sont soit au même potentiel soit
connectés à l'aide d'éléments inductifs ou/et résistifs.
OBJET DE L'INVENTION
Le but de l'invention est de proposer un agencement
d'actionneur ayant un niveau de disponibilité optimal
notamment vis à vis d'une défaillance d'un interrupteur
commandé de l'onduleur qui est souvent un transistor, et
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
3
qui soit utilisable avec les différentes architectures de
réseau d'alimentation électrique possibles.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention a pour objet un actionneur
électrique, comportant une machine électrique polyphasée,
au moins un organe de raccordement à un réseau
d'alimentation électrique, un premier et un second bus
montés en parallèle entre la machine et chaque organe de
raccordement, le premier et le second bus comportant
respectivement un premier et un second onduleur pour
piloter cette machine en fréquence, chaque onduleur
comportant plusieurs bras pourvus chacun de deux
interrupteurs commandés, chaque phase de la machine étant
continuellement reliée aux deux interrupteurs d'un bras du
premier onduleur d'une part, et aux deux interrupteurs d'un
bras du second onduleur d'autre part, ainsi que des moyens
commandés de connexion et de déconnexion interposés entre
les bus et chaque organe de raccordement.
Avec cette architecture, l'actionneur peut être
piloté pour alimenter la machine via l'un et/ou l'autre de
ses bus, ce qui offre plusieurs possibilités de
reconfiguration soit en fonctionnement normal, soit en cas
de défaut apparaissant au niveau d'un réseau d'alimentation
électrique, d'un onduleur ou d'un redresseur, ou bien plus
généralement au niveau d'un bus, ou encore au niveau d'un
bobinage de la machine électrique.
Les moyens de connexion commandés permettent
d'isoler complètement un onduleur du ou des réseaux
d'alimentation, pour configurer la machine en étoile avec
un noeud central, ce qui permet de contrôler le courant
dans chaque bobinage.
Ces moyens de connexion permettent de plus
d'alimenter l'actionneur en fonctionnement normal avec un
ou plusieurs réseaux électriques, de sorte que l'actionneur
est utilisable avec les différentes configurations de
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
4
réseau d'alimentation électrique possibles.
L'invention concerne également un actionneur tel que
défini ci-dessus, dans lequel les moyens commandés de
connexion et de déconnexion comportent un premier
contacteur interposé entre un organe de raccordement à un
réseau unique et le premier bus, ainsi qu'un second
contacteur interposé entre ce même organe de raccordement
et le second bus.
L'invention concerne également un actionneur tel que
défini ci-dessus, comportant un premier et un second organe
de raccordement pour alimenter l'actionneur depuis deux
réseaux d'alimentation distincts, et dans lequel les moyens
commandés de connexion et de déconnexion comprennent un
premier contacteur reliant le premier bus au premier organe
de raccordement et un second contacteur reliant le second
bus au second organe de raccordement.
L'invention concerne également un actionneur tel que
défini ci-dessus, comportant un premier et un second organe
de raccordement pour alimenter cet actionneur avec deux
réseaux d'alimentation distincts, et dans lequel les moyens
commandés de connexion et de déconnexion comprennent un
premier contacteur relié au premier bus, un second
contacteur relié au second bus, et un commutateur à deux
positions, pour relier le premier et le second contacteur,
soit au premier organe de raccordement, soit au second
organe de raccordement.
L'invention concerne également un actionneur tel que
défini ci-dessus, comportant un premier et un second organe
de raccordement pour alimenter cet actionneur avec deux
réseaux d'alimentation distincts, et dans lequel les moyens
de connexion et de déconnexion commandés comprennent un
premier commutateur à trois positions, relié au premier bus
ainsi qu'au premier et au second organe de raccordement, et
un second commutateur à trois positions relié au second bus
ainsi qu'au premier et au second organe de raccordement.
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
L'invention concerne également un actionneur tel que
défini ci-dessus, comportant un organe de stockage
électrique et un commutateur à deux positions qui sont
interposés entre l'organe de raccordement et l'onduleur de
5 l'un des bus, cet organe de stockage électrique ayant une
borne reliée à l'organe de raccordement et à l'onduleur et
une borne reliée à l'interrupteur à deux positions pour
être connectée soit à l'organe de raccordement afin d'être
rechargée, soit à l'onduleur afin de l'alimenter ou de se
charger.
L'invention concerne également un actionneur tel que
défini ci-dessus, comportant un interrupteur multiple relié
aux deux interrupteurs de chaque bras de l'un des
onduleurs, cet interrupteur pouvant occuper une position
ouverte dans laquelle ces bras sont isolés les uns des
autres ou une position fermée dans laquelle ces bras sont
électriquement reliés les uns aux autres.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 est un schéma d'un premier mode de
réalisation de l'invention dans lequel l'actionneur
comprend des moyens de connexion incluant deux contacteurs
le reliant à un réseau d'alimentation électrique unique ;
La figure 2 est un schéma d'une variante du premier
mode de réalisation de l'invention dans laquelle
l'actionneur est équipé d'interrupteurs triples
additionnels ;
La figure 3 est un schéma d'un second mode de
réalisation de l'invention dans lequel l'actionneur
comprend des moyens de connexion incluant deux contacteurs
le reliant à deux réseaux électriques alimentant chacun un
onduleur de cet actionneur ;
La figure 4 est un schéma d'une variante du second
mode de réalisation de l'invention dans laquelle
l'actionneur est équipé d'interrupteurs triples
additionnels ;
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
6
La figure 5 est un schéma d'un troisième mode de
réalisation de l'invention dans lequel l'actionneur
comprend des moyens de connexion incluant deux contacteurs
et un commutateur commandés pour relier sélectivement
chaque onduleur à l'un ou à l'autre de deux réseaux
électriques distincts ;
La figure 6 est un schéma d'une variante du
troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel
l'actionneur est équipé d'interrupteurs triples
additionnels ;
La figure 7 est un schéma d'un quatrième mode de
réalisation de l'invention dans lequel l'actionneur
comprend des moyens de connexion incluant deux contacteurs
sous forme de commutateurs commandés pour relier
sélectivement chaque onduleur à l'un ou l'autre de deux
réseaux électriques distincts ;
La figure 8 est un schéma d'une variante du
quatrième mode de réalisation de l'invention dans lequel
l'actionneur est équipé d'interrupteurs triples
additionnels ;
La figure 9 est un schéma d'un cinquième mode de
réalisation de l'invention dans lequel l'actionneur
comporte un organe de stockage d'énergie électrique et des
moyens de connexion incluant deux contacteurs le reliant à
un réseau électrique unique ;
La figure 10 est un schéma d'un sixième mode de
réalisation de l'invention dans lequel l'actionneur
comporte un organe de stockage d'énergie électrique et des
moyens de connexion incluant un contacteur sous forme d'un
commutateur commandé le reliant à un réseau électrique
unique
La figure 11 est un schéma d'une variante du sixième
mode de réalisation de l'invention dans lequel l'actionneur
est pourvu d'interrupteurs triples additionnels.
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
7
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
L'actionneur selon l'invention, repéré par 100 dans
la figure 1, comprend une machine électrique triphasée 101,
incluant trois bobinages 102, 103, 104, ainsi qu'un premier
et un second bus distincts 106 et 107. Ces bus
convertissent le courant alternatif du réseau, ayant une
fréquence fixe ou variable, en un courant alternatif de
fréquence variable qui est injecté dans la machine
synchrone pour la piloter en fréquence.
Le premier bus 106 comprend successivement un
redresseur 108, un filtre 109 de type LC, c'est à dire
comportant une inductance et une capacité, et un onduleur
111 triphasé. L'onduleur triphasé comporte trois bras 112,
113, 114 pourvus chacun de deux interrupteurs commandés
notés respectivement 112a, 112b, 113a, 113b, 114a, 114b.
Le second bus 107 comprend lui aussi successivement
un redresseur 128, un filtre 129 de type LC, et un onduleur
triphasé 131. L'onduleur triphasé comporte lui aussi trois
bras 132, 133, 134 pourvus chacun de deux interrupteurs
commandés, notés respectivement 132a, 132b, 133a, 133b,
134a, 134b.
Chaque bobinage de la machine est relié à un bras de
chaque onduleur, l'une de ses extrémités étant directement
reliée aux deux interrupteurs d'un bras du premier onduleur
111, et l'autre extrémité étant directement reliée aux deux
interrupteurs d'un bras du second onduleur 131.
Le bobinage 102 a ainsi une première extrémité
reliée aux deux interrupteurs 112a et 112b du bras 112 du
premier onduleur 111, et une seconde extrémité reliée aux
deux interrupteurs 132a et 132b du bras 132 du second
onduleur 131. De manière analogue, le bobinage 103 est
relié aux bras 113 et 133, et le bobinage 104 est relié aux
bras 114 et 134.
L'actionneur comporte également un premier
contacteur 136 par lequel le premier redresseur 108 est
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
8
relié au réseau électrique triphasé unique 146, et un
second contacteur 137 par lequel le second redresseur 128
est relié au réseau triphasé 146, au moyen d'un organe de
raccordement 143. Dans la description de ce mode de
réalisation et des autres modes de réalisation de
l'invention, le terme contacteur désigne un interrupteur
commandé avec pouvoir de coupure. Il peut s'agir d'un
interrupteur mécanique de type contacteur ou disjoncteur,
ou bien d'un interrupteur électronique de type
bidirectionnel en courant et en tension.
Cet ensemble qui constitue une architecture
d'actionneur à redondance série non-isolée est piloté par
une unité de commande repérée par 138, reliée aux
contacteurs et à chaque interrupteur commandé du premier et
du second onduleur.
En fonctionnement normal, les bobinages de la
machine synchrone peuvent être alimentés soit conjointement
par les deux bus 106 et 107, soit par un seul de ces deux
bus.
Lorsqu'en fonctionnement normal, la machine est
alimentée par ses deux bus, les contacteurs 136 et 137 sont
tous deux fermés, et les interrupteurs des deux onduleurs
111 et 131 sont pilotés pour appliquer aux bobines 102, 103
et 104 une tension de fréquence et d'amplitude variables et
pilotées.
Dans cette configuration, la machine est alimentée
par une tension qui peut être doublée puisque la tension
qui lui est appliquée vaut la différence des tensions
appliquées par les deux onduleurs. Cette tension devient
double si les commandes des bras des deux onduleurs sont
complémentaires et si les tensions continues au niveau des
bus ont les mêmes valeurs. Comparé au cas où la machine
triphasée est alimentée avec un seul onduleur, ceci permet
de la faire tourner jusqu'à deux fois plus vite, c'est à
dire d'en optimiser le fonctionnement.
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
9
Lorsqu'en fonctionnement normal, la machine est
alimentée par un seul de ses bus, les pertes électriques
sont réduites du fait qu'un seul des bus est exploité de
manière dynamique. L'un des contacteurs 136 ou 137 est
alors maintenu ouvert et l'onduleur correspondant 111 ou
131 est commandé pour maintenir ses interrupteurs fermés de
manière à configurer les bobinages de la machine 101 en
étoile. L'autre contacteur 137 ou 136 est maintenu fermé,
et les interrupteurs de l'onduleur 131, 111 correspondant à
cet autre contacteur sont pilotés dynamiquement pour
appliquer aux bobines 102, 103 et 104 une tension de
fréquence et d'amplitude variables et pilotées.
En cas de défaillance d'un bus, par exemple au
niveau d'un interrupteur de l'onduleur qui est commandé de
façon dynamique, la machine est reconfigurée par la
commande pour adopter un autre mode de fonctionnement lui
permettant de délivrer un couple mécanique malgré cette
défaillance.
Dans cet autre mode de fonctionnement la machine
peut être alimentée par les deux onduleurs, ou par un seul
onduleur.
En cas de défaillance due à un interrupteur bloqué
dans un état ouvert, on peut ainsi fermer ou maintenir
fermés les deux contacteurs 136 et 137, inhiber les
interrupteurs des bras connectés à la phase portant
l'interrupteur défectueux pour les ouvrir, ce qui annule le
courant dans cette phase.
En imposant aux courants des deux phases restantes
des formes d'onde appropriées, on peut générer le couple
voulu tout en minimisant les pertes Joule. Dans ce cas, les
formes d'ondes sont déduites de la forme des forces
électromotrices à vide, de la position du rotor et du
couple constant souhaité, de manière à contrôler
l'intensité du courant injecté dans les phases valides.
Il faut noter que cette reconfiguration permet aussi
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
de contrecarrer un défaut de phase au niveau de la machine
synchrone, c'est à dire une défaillance due à la rupture de
l'un de ses bobinages conduisant à l'annulation du courant
dans une phase de la machine électrique.
5 Lorsqu'on décide d'alimenter la machine par un seul
onduleur lorsqu'un interrupteur est détecté défaillant, on
configure la machine en étoile, plusieurs situations
pouvant être distinguées.
Par exemple, si l'interrupteur 132a du second
10 onduleur 131 se bloque dans un état ouvert, alors le
contacteur 137 est piloté en ouverture pour déconnecter
l'ensemble du second bus 107 du réseau électrique triphasé,
et les interrupteurs 132b, 133b et 134b sont pilotés pour
être continûment fermés.
Si l'interrupteur 132a se bloque dans un état fermé,
alors le contacteur 137 est piloté en ouverture pour
déconnecter le second bus 107, et les interrupteurs 133a,
134a sont pilotés pour être continûment fermés.
Dans une situation comme dans l'autre, les bobinages
102, 103 et 104 de la machine 101 sont configurés en
étoile. Le premier contacteur 136 est quant à lui maintenu
fermé, pour alimenter la machine 101 via le premier bus
106. Le premier onduleur 111 est alors piloté pour
appliquer à ces bobinages des tensions ayant une fréquence
et une amplitude conditionnées par l'asservissement.
Ainsi, grâce à la possibilité de déconnecter
complètement un bus du réseau d'alimentation, les
connexions entre les deux bus se font uniquement via la
machine électrique. La machine est alors reconfigurée en
étoile, en ayant son noeud central à un potentiel flottant
puisqu'il est complètement déconnecté du réseau. La somme
des courants traversant les bobinages de la machine est
alors nulle, ce qui donne lieu à un fonctionnement nominal
de cette machine permettant en particulier de contrôler
l'intensité'du courant injecté dans celle-ci.
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
11
La détection de défauts est assurée par mesure du
sens du courant traversant l'une ou l'autre des phases de
la machine synchrone et en mesurant le potentiel à l'une de
ces phases.
Avantageusement, l'actionneur est équipé de moyens
supplémentaires de reconfiguration, comme dans la variante
que constitue l'actionneur 200 de la figure 2.
Cet actionneur 200 comporte tous les organes de
celui de la figure 1, ces organes portant des références
numériques correspondant à celles de l'actionneur 100 mais
augmentées de la valeur cent.
Additionnellement, cet actionneur 200 comporte un
premier interrupteur triple commandé 271 qui est relié à
chaque bras 212, 213, 214 du premier onduleur 211, et un
second interrupteur triple 272 qui est relié à chaque bras
232, 233 et 234 du second onduleur 231. Ces composants 271
et 272 sont avantageusement de type contacteurs ou
statiques bidirectionnels normalement fermés.
L'interrupteur 271 peut occuper une position
ouverte, comme dans la figure 2, dans laquelle les trois
bras du premier onduleur sont isolés l'un de l'autre,
lorsque ce premier onduleur alimente la machine 201. Il
peut également occuper une position fermée, dans laquelle
il relie les uns aux autres les trois bras 212, 213 et 214,
pour configurer les trois bobinages 202, 203 et 204 en
étoile, sans devoir piloter les interrupteurs commandés du
premier onduleur.
Cet interrupteur triple 271 est avantageusement
couplé au contacteur 236 de déconnexion du premier bus 206,
de telle manière que lorsque ce contacteur 236 de connexion
du premier bus 206 est fermé, l'interrupteur triple 271 est
ouvert, et réciproquement. Ainsi, une ouverture du
contacteur 236, provoque la fermeture de l'interrupteur
triple 271, ce qui a pour effet d'isoler électriquement
l'ensemble du premier bus, et de configurer en étoile les
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
12
bobinages de la machine 201, en inhibant (bloquant) les
transistors du premier onduleur 211.
Le second interrupteur triple 272 maintient les bras
232, 233 et 234 isolés les uns des autres lorsqu'il est
ouvert, et il les relie les uns aux autres lorsqu'il est
fermé, afin de configurer la machine 201 en étoile. Il est
avantageusement couplé au second contacteur 237, selon un
couplage analogue à celui du premier interrupteur triple.
Cette variante de la figure 2 améliore encore la
disponibilité de l'actionneur, car elle permet de
configurer la machine en étoile avec un noeud central, y
compris lorsque cette reconfiguration ne peut être obtenue
en pilotant l'onduleur défectueux. Une telle situation peut
par exemple se présenter lorsque deux interrupteurs d'un
même bras de l'onduleur sont bloqués en position ouverte.
Selon un second mode de réalisation, l'actionneur
qui est représenté en figure 3 sous la référence 300, est
alimenté par deux réseaux électriques triphasés distincts.
Cet actionneur 300 comporte tous les organes de
l'actionneur 100 de la figure 1, ces organes portant des
références numériques correspondant à celles de
l'actionneur 100 augmentées de la valeur deux cent.
L'actionneur 300 comporte en entrée deux organes de
raccordement, repérés par 343 et 344 et situés
respectivement au niveau de son premier bus 306 et de son
second bus 307, auxquels sont branchés respectivement un
premier et un second réseau d'alimentation électrique
triphasés, repérés par 346 et 347.
Le premier contacteur 336 relie le redresseur 308 du
premier bus 306 au premier organe de raccordement 343, le
second contacteur 337 reliant le redresseur 328 du second
bus 307 au second organe de raccordement 344. Le premier
bus 306 est ainsi alimenté par le premier réseau électrique
triphasé 346, et le second bus 307 est alimenté par le
second réseau électrique triphasé 347.
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
13
Le fonctionnement est similaire à celui de
l'actionneur 100 de la figure 1 : en cas de défaut détecté
sur l'un des bus, celui-ci peut être déconnecté et piloté
pour configurer la machine en étoile, avec un noeud à
potentiel nul, cette machine étant alors alimentée par
l'autre onduleur, non défectueux.
Dans la figure 4, on a représenté un actionneur 400
qui est une variante de l'actionneur de la figure 3. Il
comporte tous les organes de l'actionneur 300 de la figure
3, ces organes portant des références numériques
correspondant à celles de l'actionneur 300, augmentées de
la valeur cent.
Cet actionneur 400 de la figure 4 est une variante
du même type que celle de l'actionneur 200 de la figure 2.
Il comprend lui aussi un premier et un second interrupteur
triple, 471 et 472, connectés respectivement au premier et
au second bus 406 et 407, et couplés respectivement aux
contacteurs 436 et 437 associés à ces bus.
Comme dans le cas de la figure 2, ces interrupteurs
triples permettent de reconfigurer les phases de la machine
401 en étoile, sans devoir piloter ni le premier ni le
second onduleur.
Dans un troisième mode de réalisation de
l'invention, l'actionneur est alimenté par un premier et un
second réseau électrique triphasés, tout en comprenant des
moyens permettant d'alimenter chacun de ses deux bus soit
avec l'un soit avec l'autre de ces réseaux.
Cet actionneur 500 qui est représenté en figure 5 a
une structure générale du même type que celle de
l'actionneur 300 de la figure 3. Il comporte tous les
organes de l'actionneur 300 de la figure 3, ces organes
portant des références numériques correspondant à celles de
l'actionneur 300, mais augmentées de la valeur deux cent.
Cet autre actionneur comporte deux organes de
raccordement en entrée 543, 544, qui sont reliés aux deux
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
14
réseaux triphasés 546 et 547. Les deux contacteurs 536 et
537, connectés respectivement au premier et au second
redresseur, sont reliés aux deux organes de raccordement
543, 544 par l'intermédiaire d'un commutateur à deux
positions additionnel, repéré par 539, et qui est piloté
par l'unité de commande 538. Ce commutateur 539 est
avantageusement un contacteur de type 3PDTCO.
Ce commutateur peut occuper soit une première
position, comme dans la figure 5, dans laquelle il relie
électriquement le premier organe de raccordement 543 au
premier contacteur 536, soit une seconde position dans
laquelle il relie électriquement le second organe de
raccordement 544 au second contacteur 537.
En fonctionnement normal, le commutateur 539 peut
occuper la première position : le premier contacteur 536
est alors fermé, et le second contacteur 537 est ouvert,
les interrupteurs du second onduleur étant pilotés pour
configurer les bobinages de la machine en étoile. La
machine 501 est alors configurée en étoile en étant
alimentée depuis le premier réseau électrique triphasé 546,
via le premier bus 506.
Partant de cette situation, en cas d'apparition d'un
défaut sur le premier bus 506, le premier contacteur 536
est ouvert et le premier onduleur est piloté pour fermer
ses interrupteurs, puis le second contacteur 537 est fermé.
La machine est ainsi à nouveau configurée en étoile en
étant alimentée depuis le premier réseau triphasé 546, mais
via son second bus 507.
Si maintenant, dans cette situation, un défaut
intervient sur le premier réseau d'alimentation 546, le
commutateur 539 est basculé vers sa seconde position, ce
qui permet d'alimenter la machine depuis le second réseau
triphasé 547, via le second bus 507.
D'autres modes de fonctionnement normal sont
également possibles. Les deux contacteurs 536 et 537
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
peuvent être fermés de manière à alimenter la machine via
les deux onduleurs. Le commutateur 539 permet alors de
connecter l'actionneur soit au réseau 546, soit au réseau
547.
5 En cas de défaut d'un réseau, le commutateur 539
permet de connecteur l'actionneur à l'autre réseau. En cas
de défaut d'un onduleur, le contacteur 536 ou 537 associé à
l'onduleur défectueux est ouvert et l'onduleur défectueux
est piloté pour configurer les bobines de la machine
10 électrique en étoile. Dans ce cas, la machine est alimentée
par l'un des deux réseaux sélectionné en positionnant le
commutateur 539, et via l'onduleur non défectueux en
fermant le contacteur 536, 537 qui lui est associé.
En variante, l'actionneur est pourvu d'interrupteurs
15 triples additionnels pour assurer une mise en étoile sans
devoir intervenir ni sur le premier ni sur le second
onduleur.
Cette variante correspond à l'actionneur 600 de la
figure 6. Cet actionneur 600 comporte tous les organes de
l'actionneur 500 de la figure 5, ces organes portant des
références numériques correspondant à celles de
l'actionneur 500, augmentées de la valeur cent.
Cet actionneur 600 de la figure 6 est une variante
du même type que les variantes 200 et 400 des figures 2 et
4. Il comprend lui aussi un premier et un second
interrupteurs triples, 671 et 672, connectés respectivement
au premier et au second bus 606 et 607, et couplés
respectivement aux contacteurs 636 et 637 de ces bus.
Comme dans les cas des actionneurs 200 et 400, ces
interrupteurs triples permettent de reconfigurer les phases
de la machine 601 en étoile, sans devoir piloter ni le
premier ni le second onduleur.
Selon un quatrième mode de réalisation correspondant
à l'actionneur 700 de la figure 7, l'actionneur est
alimenté par un premier et un second réseau électrique
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
16
triphasés, tout en comprenant deux interrupteurs à trois
positions permettant d'alimenter chacun de ses deux
onduleurs soit avec l'un soit avec l'autre de ces réseaux.
Cet actionneur 700 a une structure générale du même
type que l'actionneur 300 de la figure 3. Cet actionneur
700 comporte tous les organes de l'actionneur 300 de la
figure 3, ces organes portant des références numériques
correspondant à celles de l'actionneur 300, augmentées de
la valeur quatre cent. Cependant, le premier et le second
contacteur, repérés par 736 et 737 sont ici des
commutateurs à trois positions, au lieu d'être des
interrupteurs commandés simples comme dans l'actionneur
300. Ces composants 736 et 737 sont avantageusement des
contacteurs de type 3PDTCO.
Ce commutateur peut occuper une première position,
comme dans la figure 7, où il relie le premier contacteur
736 au premier organe de raccordement 743. Il peut occuper
une seconde position dans laquelle il relie le contacteur
736 au second organe de raccordement 744, ainsi qu'une
troisième position dans laquelle il isole complètement le
premier contacteur 736 du réseau électrique.
Ce commutateur est ainsi apte à alimenter le premier
bus 706 depuis le premier réseau électrique triphasé 746
lorsqu'il est dans la première position de la figure 7.
Lorsqu'il est dans la seconde position, il alimente ce
premier bus 706 depuis le second réseau électrique triphasé
747. Lorsqu'il est dans la troisième position, le premier
bus est déconnecté des deux réseaux électriques 746 et 747.
Le second commutateur qui a la même structure
générale est ainsi lui aussi capable d'alimenter le second
bus, depuis le premier ou depuis le second réseau, ou de le
déconnecter de ces réseaux.
Cet actionneur 700 possède les mêmes avantages que
l'actionneur 500 puisqu'il peut être piloté pour alimenter
électriquement chaque bus 706, 707, soit depuis le premier
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
17
réseau électrique 746, soit depuis le second réseau
électrique 747.
Dans une variante correspondant à l'actionneur 800
de la figure 8, l'actionneur est pourvu de deux
interrupteurs triples, de façon analogue aux actionneurs
200, 400 et 600 des figures 2, 4, et 6.
Le premier et le second interrupteur triple, 871 et
872, permettent là aussi de reconfigurer la machine en
étoile sans devoir agir ni sur le premier ni sur le second
onduleur.
Ici, les interrupteurs triples ne sont pas couplés
aux contacteurs des bus du fait que ces contacteurs sont
des commutateurs à trois positions. Mais l'interrupteur
triple et le contacteur associés à chaque bus sont pilotés
conjointement par l'unité de commande 838.
Selon un cinquième mode de réalisation représenté en
figure 9, l'un des bus de l'actionneur comporte une
batterie associée à un commutateur, pour pouvoir soit être
rechargée par le réseau d'alimentation électrique triphasé,
soit alimenter la machine, selon la position occupée par ce
commutateur.
Cet actionneur 900 comporte les mêmes organes que
l'actionneur 100 de la figure 1, ces organes portant les
mêmes références numériques que pour l'actionneur 100, mais
augmentées de la valeur huit-cent. Cependant, c'est une
batterie 951 et un interrupteur 952 qui sont interposés
entre le redresseur 928 et l'onduleur 931 du second bus
907, au lieu d'un filtre LC comme dans l'actionneur 100.
La batterie de cet actionneur 900 est intégrée à son
second bus 907, où elle remplace le filtre LC en étant
interposée entre le redresseur 928 et l'onduleur 931. Cette
batterie 951 a sa première borne reliée au redresseur 928
et à l'onduleur 931, et sa seconde borne reliée à un
commutateur 952 à deux positions.
Ce commutateur 952 peut occuper une première
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
18
position dans laquelle il relie la seconde borne de la
batterie au redresseur pour la charger. Il peut occuper une
seconde position dans laquelle il relie la seconde borne de
la batterie au second onduleur 931, pour alimenter la
machine 901 depuis la batterie et via cet onduleur 931.
En fonctionnement normal, les deux contacteurs 936
et 937 peuvent être fermés, et le commutateur 952 placé
dans la première position. La batterie 951 est alors
rechargée par le réseau triphasé, le second onduleur 931
étant quant à lui isolé du réseau du fait que le
commutateur 952 est dans la première position. Ces
composants 936 et 937 sont avantageusement des contacteurs
de type 3PDTCO.
Dans ce cas, le second onduleur 931 est piloté pour
fermer ses interrupteurs de manière à configurer les phases
de la machine 901 en étoile, cette machine étant alimentée
par le réseau, via le premier onduleur 911.
En cas de dysfonctionnement du premier bus 906, le
premier contacteur 936 est commandé en ouverture, et le
premier onduleur 911 est piloté pour configurer les phases
de la machine 901 en étoile. Le commutateur 952 est ensuite
piloté par l'unité de commande 938 pour passer dans sa
seconde position alors que le second onduleur 931 est
piloté pour alimenter la machine électrique 901.
Dans cette situation, la machine est donc alimentée
depuis la batterie 951, via le second onduleur 931, alors
que ses phases sont mises en étoile, avec un noeud central à
potentiel flottant, du fait de l'ouverture du premier
contacteur 936 et de la fermeture des interrupteurs du
premier onduleur 911.
Dans ce cinquième mode de réalisation, la batterie
peut en outre être exploitée en mode régénération : lorsque
la machine fonctionne en mode générateur au lieu de moteur,
la batterie peut être chargée par la machine au lieu de
l'être par le réseau.
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
19
La batterie peut aussi être exploitée pour limiter
la puissance maximale absorbée par l'actionneur : lorsque
l'actionneur n'absorbe sa puissance maximale que
ponctuellement, la batterie peut être chargée lorsque cet
actionneur absorbe seulement une faible puissance
électrique, et elle peut être utilisée lorsque l'actionneur
a besoin d'une puissance électrique maximale.
Selon un sixième mode de réalisation représenté en
figure 10, l'actionneur est également équipé d'une
batterie, mais ses bus sont reliés au réseau d'alimentation
non pas par l'intermédiaire de deux contacteur, mais via un
unique commutateur à deux positions.
Cet actionneur 1000 comporte les mêmes organes que
l'actionneur 900 de la figure 9, qui sont repérés par des
références numériques correspondant à celles de
l'actionneur 900, augmentées de la valeur cent. Cependant,
c'est ici un commutateur à deux position 1056 qui est
interposé entre son organe de raccordement et les bus, au
lieu des deux interrupteurs commandés que comporte
l'actionneur 900.
Dans cet actionneur 1000, les deux bus sont reliés à
l'unique organe de raccordement 1043 non pas par deux
contacteurs indépendants, mais par un commutateur à deux
positions repéré par 1056. Ce composant 1056 est
avantageusement un contacteur de type 3PDTCO.
Ce commutateur comporte une première borne reliée au
premier redresseur 1008 du premier bus 1006, une deuxième
borne reliée au second redresseur 1028 du second bus 1007,
et une troisième borne reliée à la borne 1043
d'alimentation du réseau triphasé 1046.
Ce commutateur peut occuper une première position
dans laquelle il relie le premier redresseur 1008 à
l'organe de raccordement 1043 pour alimenter la machine
électrique 1001 depuis le réseau triphasé 1046 et via le
premier bus 1006, par exemple en fonctionnement normal.
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
Il peut également occuper une seconde position dans
laquelle il relie le second redresseur 1028 à l'organe de
raccordement 1043. Si le commutateur 1052 de la batterie
1051 est dans sa première position, celle-ci est chargée
5 par le réseau électrique 1046, via le redresseur 1028.
Cette configuration permet notamment d'assurer la charge de
la batterie 1051 lorsque l'actionneur n'est pas sollicité.
Le commutateur 1052 est avantageusement un contacteur de
type 3PDTCO.
10 Partant d'une situation de fonctionnement normal, si
un défaut est détecté sur le premier bus, le commutateur
1056 est commandé par l'unité 1038 pour passer dans la
seconde position, et les interrupteurs du premier onduleur
1011 sont commandés en fermeture, ce qui a pour effet de
15 configurer les phases de la machine 1001 en étoile, avec un
noeud central à potentiel flottant.
Le commutateur 1052 peut alors être placé dans sa
seconde position par la commande 1038, qui pilote alors
aussi le second onduleur pour qu'il alimente la machine
20 électrique 1001, qui est ainsi alimentée depuis la
batterie.
Dans ce sixième mode de réalisation, la batterie
peut aussi être exploitée en mode régénération, de façon
analogue au cinquième mode de réalisation. Elle permet
également de limiter la puissance maximale demandée par
l'actionneur aux réseaux d'alimentation.
Dans la figure 11, on a représenté une variante de
l'actionneur 1000 de la figure 10. Cet actionneur 1100 est
une variante du même type que celles des figures 4, 6 8 et
10. L'actionneur est là aussi pourvu d'un premier et d'un
second interrupteurs triples, 1171 et 1172, connectés
respectivement à son premier et à son second bus 1106 et
1107.
Comme dans le cas des figures 2, 4, 6 et 8, ces
interrupteurs triples permettent de reconfigurer les phases
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
21
de la machine 1101 en étoile, sans devoir piloter ni le
premier ni le second onduleur. Mais ces interrupteurs
triples sont ici indépendants, c'est à dire pilotés
directement par l'unité de commande 1138.
Dans cette variante, la batterie peut aussi être
exploitée en mode régénération, de façon analogue au
cinquième et au sixième mode de réalisation. Elle permet
également de limiter la puissance maximale demandée par
l'actionneur aux réseaux d'alimentation.
On notera que dans le cinquième et le sixième mode
de réalisation ainsi que dans cette dernière variante, la
batterie peut aussi être chargée à travers la machine et
l'onduleur associé à cette batterie, aussi bien avec la
machine à l'arrêt qu'en rotation, ce qui permet de se
passer d'un redresseur.
D'autre part, dans le cinquième et le sixième mode
de réalisation et sa variante, l'actionneur est équipé
d'une batterie électrique, mais il peut aussi bien s'agir
d'un supercondensateur ou autre. D'une façon plus générale,
tout organe de stockage électrique peut être utilisé dans
ce cadre.
Il faut encore noter que l'invention qui a été
présentée dans le cadre d'actionneurs pourvus de machines
électriques synchrones s'applique aussi bien aux
actionneurs pourvus de machines électriques asynchrones.
D'une façon générale, l'invention s'applique aux
actionneurs à machines électriques polyphasées pouvant être
alimentées par deux convertisseurs permettant de réaliser
une architecture d'alimentation de type série avec deux
voies de connexion à une même source électrique ou à deux
sources électriques distinctes.
Le ou les réseaux électriques d'alimentation peuvent
être du type alternatif triphasé, comme dans le cas des
exemples qui ont été décrits, mais ces réseaux peuvent
aussi être du type alternatif monophasé ou autre, les
CA 02738051 2011-03-22
WO 2010/034906 PCT/FR2009/001126
22
redresseurs pouvant quant à eux être des redresseurs
simples à diode ou bien des redresseurs commandés, comme
dans les exemples qui ont été décrits.
Enfin, les réseaux d'alimentation électrique peuvent
également être des réseaux à courant continus, auquel cas,
les bus n'ont pas à être équipés de redresseurs.
