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FR2967528A1 - System for protecting power converter i.e. speed regulator, in case of wiring error, has blocking unit blocking converter and actuated by detection unit when presence of current/voltage is detected on output of inverter module of converter - Google Patents

System for protecting power converter i.e. speed regulator, in case of wiring error, has blocking unit blocking converter and actuated by detection unit when presence of current/voltage is detected on output of inverter module of converter Download PDF

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Abstract

The system has a detection unit (4) formed of current sensors e.g. hall-effect sensors or shunt type sensors, for detecting presence of current or voltage delivered by an electric network (A) on an output of an inverter module (13) of a power converter. A blocking unit (3) blocks the power converter and is actuated by the detection unit when the presence of current or voltage delivered by the electric network is detected on the output of the inverter module of the power converter.

Description

Système de protection d'un convertisseur de puissance en cas d'erreur de câblage La présente invention se rapporte à un système de protection d'un convertisseur de puissance en cas d'erreur de câblage et notamment lorsque le réseau électrique est branché sur la sortie du convertisseur et non sur son entrée. De manière connue, un convertisseur de puissance de type variateur de vitesse est connecté au réseau électrique d'alimentation et destiné à commander une 1 o charge électrique. Il comporte en entrée un module redresseur de tension qui génère une tension continue à partir d'une tension alternative fournie par le réseau électrique et qui alimente en aval un bus continu d'alimentation doté d'une ligne positive et d'une ligne négative. Un condensateur de filtrage, appelé communément condensateur de bus, est monté entre une ligne positive et une ligne négative du bus continu. En sortie, 15 le variateur comporte un module onduleur alimenté par le bus continu, permettant de générer, à partir de la tension continue, une tension variable qui peut être d'amplitude et de fréquence variables en utilisant des interrupteurs électroniques par exemple de type transistors IGBT commandés par Modulation à Largeur d'Impulsions (MLI ou PWM). 20 Aujourd'hui, un convertisseur de puissance de type variateur de vitesse est doté d'un circuit de précharge composé en général d'une résistance de précharge et d'un relais de précharge monté en parallèle de ladite résistance. Lors du démarrage du variateur de vitesse, la résistance de précharge limite le courant de charge du condensateur de bus et une fois la précharge terminée, cette résistance est court- 25 circuitée par le relais. Dans une première configuration, le circuit de précharge peut être connecté sur la ligne positive du bus continu d'alimentation ou, dans une deuxième configuration, il est peut être connecté directement en série avec le condensateur de bus. Lors de l'installation du variateur, le réseau électrique est censé être connecté 30 à l'entrée du variateur et la charge électrique sur la sortie du variateur. Cependant, une inversion du câblage est tout à fait possible. Dans cette situation, le réseau électrique se trouve alors connecté sur la sortie du variateur. Si le variateur de vitesse comporte un circuit de précharge agencé selon la première configuration définie ci-dessus, le courant de charge du condensateur n'est pas limité par la résistance de précharge et traverse directement les diodes de roue libre des interrupteurs du module onduleur entraînant leur détérioration. En revanche, si le circuit de précharge est agencé selon la seconde configuration, sa résistance permet de limiter le courant de charge du condensateur et donc de préserver les diodes de roue libre jusqu'à la charge complète du condensateur. Cependant, lors de la mise en marche du module onduleur, le courant provenant du réseau traverse directement les interrupteurs du module onduleur, sans limitation, entraînant la détérioration des transistors du module onduleur. 1 o Le but de l'invention est donc de proposer un système de protection du convertisseur de puissance permettant de protéger les transistors du module onduleur lorsque le réseau électrique est connecté sur la sortie du convertisseur de puissance et non sur son entrée. Ce but est atteint par un système de protection d'un convertisseur de 15 puissance destiné à être alimenté par un réseau électrique, le convertisseur comportant : un bus continu d'alimentation de puissance doté d'une ligne positive et d'une ligne négative, un module onduleur comportant une entrée alimentée par le bus continu 20 d'alimentation et une sortie destinée à délivrer une tension variable, le système de protection comportant également : des moyens de détection de la présence du courant ou de la tension délivré par le réseau électrique sur la sortie du module onduleur, des moyens de blocage du convertisseur de puissance, actionnables par 25 les moyens de détection lorsque la présence du courant ou de la tension délivré par le réseau électrique est détectée sur la sortie du module onduleur. Selon une particularité, le convertisseur de puissance comporte une unité de 30 commande du module onduleur coopérant avec les moyens de blocage pour bloquer le convertisseur de puissance lorsque la présence du courant ou de la tension délivré par le réseau électrique est détectée sur la sortie du module onduleur. The present invention relates to a system for protecting a power converter in the event of a wiring error and in particular when the electrical network is connected to the output. of the converter and not on its input. In known manner, a variable speed drive type power converter is connected to the power supply network and intended to control a 1 o electric load. It comprises as input a voltage rectifier module which generates a DC voltage from an AC voltage supplied by the electrical network and which feeds downstream a DC supply bus having a positive line and a negative line. A filter capacitor, commonly referred to as a bus capacitor, is mounted between a positive line and a negative line of the DC bus. At the output, the drive comprises an inverter module fed by the DC bus, making it possible to generate, from the DC voltage, a variable voltage which can be of variable amplitude and frequency by using electronic switches, for example of the transistor type. IGBTs controlled by Pulse Width Modulation (PWM or PWM). Today, a variable speed drive type power converter is provided with a precharging circuit generally comprising a precharge resistor and a precharge relay connected in parallel with said resistor. When starting the frequency converter, the precharging resistor limits the charging current of the bus capacitor and once the precharging is completed, this resistor is short-circuited by the relay. In a first configuration, the precharging circuit may be connected to the positive line of the DC supply bus or, in a second configuration, it may be connected directly in series with the bus capacitor. When installing the drive, the power grid is supposed to be connected to the input of the drive and the electrical load to the output of the drive. However, a reversal of the wiring is quite possible. In this situation, the electrical network is then connected to the output of the drive. If the variable speed drive has a precharge circuit arranged according to the first configuration defined above, the charging current of the capacitor is not limited by the precharging resistor and passes directly through the freewheeling diodes of the switches of the inverter module causing their deterioration. On the other hand, if the precharging circuit is arranged according to the second configuration, its resistance makes it possible to limit the charge current of the capacitor and thus to preserve the freewheeling diodes until the complete charge of the capacitor. However, when switching on the inverter module, the current coming from the network passes directly through the switches of the inverter module, without limitation, causing the deterioration of the transistors of the inverter module. The object of the invention is therefore to propose a protection system of the power converter for protecting the transistors of the inverter module when the electrical network is connected to the output of the power converter and not to its input. This object is achieved by a protection system of a power converter intended to be supplied by an electrical network, the converter comprising: a continuous power supply bus having a positive line and a negative line, an inverter module comprising an input fed by the continuous supply bus 20 and an output intended to deliver a variable voltage, the protection system also comprising: means for detecting the presence of the current or of the voltage delivered by the electrical network on the output of the inverter module, blocking means of the power converter, operable by the detection means when the presence of the current or of the voltage delivered by the electrical network is detected on the output of the inverter module. According to one feature, the power converter comprises a control unit of the inverter module cooperating with the blocking means to block the power converter when the presence of the current or of the voltage delivered by the electrical network is detected on the output of the module. inverter.

Selon une autre particularité, les moyens de détection comportent des capteurs de courant destinés à détecter la présence du courant délivré par le réseau électrique sur la sortie du module onduleur. Selon une autre particularité, les moyens de détection comportent un module de détection de la tension délivrée par le réseau coopérant avec un circuit de reprise à la volée de l'unité de commande du module onduleur. Selon une autre particularité, les moyens de détection comportent un module de détection de la tension délivrée par le réseau coopérant avec un circuit de compensation de temps-mort de l'unité de commande. 1 o Selon une autre particularité, entre la ligne positive et la ligne négative du bus continu d'alimentation, le convertisseur de puissance comporte un circuit de précharge connecté en série avec un condensateur de bus. D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description 15 détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente de manière schématique un convertisseur de puissance de type variateur de vitesse doté d'un circuit de précharge monté sur le bus continu d'alimentation, la figure 2 représente de manière schématique un premier mode de réalisation du variateur de vitesse de la figure 1 sur lequel la sortie est connectée sur le réseau électrique et non sur la charge électrique, la figure 3 représente de manière schématique un deuxième mode de réalisation du variateur de vitesse de la figure 1 sur lequel la sortie est connectée sur le réseau électrique et non sur la charge électrique. L'invention concerne un système de protection pour convertisseur de puissance. Par convertisseur de puissance, il faut comprendre tout convertisseur de puissance de type variateur de vitesse, système d'alimentation sécurisé, filtre actif... 30 Dans la suite de la description, nous nous intéresserons plus particulièrement à un convertisseur de puissance de type variateur de vitesse. 20 25 En référence à la figure 1, un convertisseur de puissance, par exemple de type variateur de vitesse 1, comporte en entrée un module redresseur 12 connecté via trois phases d'entrée R, S, T à un réseau électrique A et destiné à redresser une tension triphasée alternative provenant du réseau d'alimentation extérieur A (par exemple un réseau électrique triphasé 380Vac). Ce module redresseur 12 utilise avantageusement des diodes 120 qui sont plus économiques et plus fiables que des thyristors. Cette tension redressée peut être filtrée pour obtenir une tension continue Vdc (par exemple de l'ordre de 200 à 800Vcc ou plus, suivant les conditions d'utilisation) appliquée sur un bus continu d'alimentation de puissance composé d'une ligne positive 10 et d'une ligne négative 11. Un condensateur de bus Cb est habituellement utilisé pour maintenir constante la tension Vdc du bus continu. Ce condensateur de bus Cb est connecté entre la ligne positive 10 et la ligne négative 11 du bus et, dans les variateurs standards, il est généralement de type électrolytique. Le variateur de vitesse 1 comporte en outre en sortie un module onduleur 13 connecté via trois phases de sortie U, V, W à une charge électrique C et permettant, à partir du bus continu d'alimentation, de commander la charge électrique C avec une tension variable qui peut être d'amplitude et de fréquence variables. Le module onduleur 13 utilise pour cela une commande par Modulation à Largeur d'Impulsions (MLI ou PWM) pour commander des interrupteurs électroniques de puissance 130 montés sur chaque phase. Ces interrupteurs sont des transistors de puissance, par exemple de type IGBT, commandés par une unité de commande 2 réalisant la MLI. Sur la figure 1, le module onduleur 13 comporte trois bras pour délivrer une tension variable triphasée à la charge électrique C, chaque bras étant doté de deux transistors de puissance 130 en série entre une borne positive et une borne négative du bus continu d'alimentation, soit un total de six transistors de puissance. En règle générale, un variateur de vitesse comporte également un circuit de précharge composé d'une résistance de précharge Rp et d'un relais de précharge RLp. Comme représenté sur les figures 1 à 3, ce circuit de précharge est avantageusement connecté directement en série avec le condensateur de bus Cb. According to another feature, the detection means comprise current sensors for detecting the presence of the current delivered by the electrical network on the output of the inverter module. According to another feature, the detection means comprise a voltage detection module delivered by the network cooperating with an on-the-fly circuit of the control unit of the inverter module. According to another feature, the detection means comprise a voltage detection module delivered by the network cooperating with a compensation circuit of the control unit time-out. According to another feature, between the positive line and the negative line of the DC supply bus, the power converter comprises a precharge circuit connected in series with a bus capacitor. Other features and advantages will become apparent from the following detailed description with reference to an exemplary embodiment shown in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 schematically illustrates a power converter of FIG. type speed variator with a precharge circuit mounted on the DC bus, Figure 2 schematically shows a first embodiment of the variable speed drive of Figure 1 on which the output is connected to the power grid and not on the electric charge, Figure 3 schematically shows a second embodiment of the variable speed drive of Figure 1 in which the output is connected to the electrical network and not the electrical load. The invention relates to a protection system for a power converter. By power converter, it is necessary to understand any power converter speed variator type, secure power system, active filter ... In the remainder of the description, we will focus more particularly on a converter type power converter of speed. With reference to FIG. 1, a power converter, for example of the speed controller 1 type, comprises at the input a rectifier module 12 connected via three input phases R, S, T to an electrical network A and intended to to rectify an AC three-phase voltage coming from the external power supply network A (for example a three-phase 380Vac electrical network). This rectifier module 12 advantageously uses diodes 120 which are more economical and more reliable than thyristors. This rectified voltage can be filtered to obtain a DC voltage Vdc (for example of the order of 200 to 800Vcc or more, depending on the conditions of use) applied to a DC power supply bus composed of a positive line 10 and a negative line 11. A bus capacitor Cb is usually used to keep the DC bus voltage Vdc constant. This bus capacitor Cb is connected between the positive line 10 and the negative line 11 of the bus and, in standard drives, it is generally electrolytic type. The variable speed drive 1 further comprises at the output an inverter module 13 connected via three output phases U, V, W to an electrical load C and making it possible, from the continuous supply bus, to control the electric load C with a variable voltage which can be of variable amplitude and frequency. The inverter module 13 uses for this purpose a Pulse Width Modulation (PWM) control for controlling electronic power switches 130 mounted on each phase. These switches are power transistors, for example of the IGBT type, controlled by a control unit 2 carrying the PWM. In FIG. 1, the inverter module 13 comprises three arms for delivering a three-phase variable voltage to the electrical load C, each arm being provided with two power transistors 130 in series between a positive terminal and a negative terminal of the DC power supply bus. , a total of six power transistors. In general, a variable speed drive also has a precharging circuit consisting of a precharge resistor Rp and a precharge relay RLp. As shown in FIGS. 1 to 3, this precharging circuit is advantageously connected directly in series with the bus capacitor Cb.

Comme représenté sur la figure 1, le réseau électrique est normalement connecté sur les phases d'entrée R, S, T du variateur de vitesse 1 et la charge électrique sur les phases de sortie U, V, W du variateur de vitesse. Comme représenté sur les figures 2 et 3, le réseau électrique A peut cependant être connecté par erreur sur les phases de sortie U, V, W du variateur de vitesse. Dans cette situation, les diodes de roue libre des transistors 130 sont protégées lors de la charge du condensateur de bus Cb par la résistance de précharge Rp. Une fois la charge du condensateur de bus Cb terminée, ladite résistance de précharge Rp est court-circuitée par le relais de précharge RLp. Si l'utilisateur actionne l'unité de commande 2 par MLI du variateur, les transistors 130 ne sont plus protégés et vont de se détériorer. Pour éviter cela, le convertisseur de puissance de l'invention comporte un système de protection destiné à empêcher la mise en marche du module onduleur 13 du variateur de vitesse lorsque le réseau électrique A est câblé sur les phases de sortie U, V, W du variateur et non sur ses phases d'entrée R, S, T. 1 o Plus précisément, le système de protection de l'invention comporte des moyens de détection de la présence du réseau électrique A sur les phases de sortie U, V, W et des moyens de blocage 3 du variateur 1 lorsque la présence du réseau électrique est détectée sur la sortie du convertisseur. Selon l'invention, les moyens de détection 4, 4' peuvent être divers. 15 En référence à la figure 2, il peut s'agir de moyens de détection de courant 4, par exemple de type capteurs à effet hall positionnés sur au moins deux phases de sortie (U, V sur la figure 2) du variateur de vitesse 1 ou de type shunt (non représentés) positionnés sur les bras de commutation du module onduleur 13. En référence à la figure 3, il peut également s'agir de moyens de détection de 20 tension 4' comportant un module de détection coopérant par exemple avec le circuit de reprise à la volée (circuit « catch-on-fly » en anglais) couramment employé dans l'unité de commande 2 du module onduleur 13 ou avec le circuit de compensation des temps-morts employé dans l'unité de commande 2. De manière connue, un circuit de reprise à la volée permet notamment de détecter lorsque la charge C est en roue libre et de 25 reprendre le contrôle et la commande de la charge C après une période plus ou moins longue de roue libre durant laquelle la charge C continue à tourner en raison de son inertie. Le module de détection permet alors de différencier le mode normal de roue libre de la charge électrique de l'erreur de câblage. Selon l'invention, les moyens de détection 4, 4' sont destinés à agir sur les 30 moyens de blocage 3, lesdits moyens de blocage 3 générant un signal de sortie S vers l'unité de commande 2 du module onduleur 13 afin de bloquer la commande par MLI des transistors 130 du module onduleur 13. De cette manière, en cas d'erreur de câblage, les transistors 130 du module onduleur 13 sont protégés. As shown in FIG. 1, the electrical network is normally connected to the input phases R, S, T of the variable speed drive 1 and the electrical load to the output phases U, V, W of the variable speed drive. As shown in FIGS. 2 and 3, the electrical network A can however be connected by mistake to the output phases U, V, W of the variable speed drive. In this situation, the freewheeling diodes of the transistors 130 are protected during the charging of the bus capacitor Cb by the precharge resistor Rp. Once the charging of the bus capacitor Cb is complete, said precharging resistor Rp is short-circuited. by the preload relay RLp. If the user actuates the control unit 2 PWM of the drive, the transistors 130 are no longer protected and will deteriorate. To avoid this, the power converter of the invention comprises a protection system for preventing the starting of the inverter module 13 of the variable speed drive when the electrical network A is wired on the output phases U, V, W of the dimmer and not on its input phases R, S, T. 1 o More precisely, the protection system of the invention comprises means for detecting the presence of the electrical network A on the output phases U, V, W and blocking means 3 of the variator 1 when the presence of the electrical network is detected on the output of the converter. According to the invention, the detection means 4, 4 'can be various. With reference to FIG. 2, it may be current detecting means 4, for example of the hall effect sensor type positioned on at least two output phases (U, V in FIG. 2) of the variable speed drive. 1 or shunt type (not shown) positioned on the switching arm of the inverter module 13. With reference to FIG. 3, it may also be voltage detection means 4 'comprising a detection module co-operating for example with the catch-on-fly circuit commonly used in the control unit 2 of the inverter module 13 or with the time-out compensation circuit used in the control unit 2. In a known manner, an on-the-fly recovery circuit makes it possible in particular to detect when the load C is freewheeling and to resume control and control of the load C after a longer or shorter period of freewheeling during which the load C continues to turn due to its inertia. The detection module then makes it possible to differentiate the normal freewheel mode from the electrical load from the wiring error. According to the invention, the detection means 4, 4 'are intended to act on the locking means 3, said locking means 3 generating an output signal S to the control unit 2 of the inverter module 13 in order to block PWM control of the transistors 130 of the inverter module 13. In this way, in the event of a wiring error, the transistors 130 of the inverter module 13 are protected.

Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. It is understood that one can, without departing from the scope of the invention, imagine other variants and refinements of detail and even consider the use of equivalent means.

Claims (7)

REVENDICATIONS1. Système de protection d'un convertisseur de puissance destiné à être alimenté par un réseau électrique (A), le convertisseur comportant : un bus continu d'alimentation de puissance doté d'une ligne positive (10) et d'une ligne négative (11), un module onduleur (13) comportant une entrée alimentée par le bus continu d'alimentation et une sortie destinée à délivrer une tension variable, caractérisé en ce que le système de protection comporte : des moyens de détection (4, 4') de la présence du courant ou de la tension délivré par le réseau électrique (A) sur la sortie du module onduleur (13), des moyens de blocage (3) du convertisseur de puissance, actionnables par les moyens de détection (4, 4') lorsque la présence du courant ou de la tension délivré par le réseau électrique (A) est détectée sur la sortie du module onduleur (13). REVENDICATIONS1. Protection system for a power converter intended to be supplied by an electrical network (A), the converter comprising: a continuous power supply bus having a positive line (10) and a negative line (11) ), an inverter module (13) comprising an input fed by the DC supply bus and an output intended to deliver a variable voltage, characterized in that the protection system comprises: detection means (4, 4 ') of the presence of the current or the voltage delivered by the electrical network (A) on the output of the inverter module (13), the blocking means (3) of the power converter, actuable by the detection means (4, 4 ') when the presence of the current or of the voltage delivered by the electrical network (A) is detected on the output of the inverter module (13). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur 20 de puissance comporte une unité de commande (2) du module onduleur (13) coopérant avec les moyens de blocage (3) pour bloquer le convertisseur de puissance lorsque la présence du courant ou de la tension délivré par le réseau électrique (A) est détectée sur la sortie du module onduleur (13). 2. System according to claim 1, characterized in that the power converter 20 comprises a control unit (2) of the inverter module (13) cooperating with the blocking means (3) for blocking the power converter when the presence of the current or the voltage delivered by the electrical network (A) is detected at the output of the inverter module (13). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens 25 de détection (4) comportent des capteurs de courant destinés à détecter la présence du courant délivré par le réseau électrique (A) sur la sortie du module onduleur (13). 3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the detection means (4) comprise current sensors for detecting the presence of the current delivered by the electrical network (A) on the output of the inverter module (13). ). 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de détection (4') comportent un module de détection de la tension délivrée par le 30 réseau (A) coopérant avec un circuit de reprise à la volée de l'unité de commande (2) du module onduleur (13). 15 2967528 s 4. System according to claim 2, characterized in that the detection means (4 ') comprise a voltage detection module delivered by the network (A) co-operating with an on-the-fly recovery circuit of the transmission unit. control (2) of the inverter module (13). 2967528 s 5. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de détection (4') comportent un module de détection de la tension délivrée par le réseau (A) coopérant avec un circuit de compensation de temps-mort de l'unité de commande (2). 5 5. System according to claim 2, characterized in that the detection means (4 ') comprise a voltage detection module delivered by the network (A) cooperating with a time-compensation circuit of the unit of command (2). 5 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, entre la ligne positive (10) et la ligne négative (11) du bus continu d'alimentation, le convertisseur de puissance comporte un circuit de précharge connecté en série avec un condensateur de bus (Cb). 10 6. System according to one of claims 1 to 5, characterized in that, between the positive line (10) and the negative line (11) of the DC bus, the power converter comprises a precharge circuit connected in series with a bus capacitor (Cb). 10 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de précharge comporte une résistance de précharge (Rp) et un relais de précharge (RLp) connecté en parallèle de ladite résistance de précharge (Rp). 7. System according to claim 6, characterized in that the precharging circuit comprises a precharging resistor (Rp) and a precharge relay (RLp) connected in parallel with said precharging resistor (Rp).
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