Brevet FR2140282A1 — publié le 19730119

La présente invention concerne un relais à maximum de courant, de tension ou de puissance, à temps inverse, pour la protection sélective des réseaux à structure radiale, pour la protection des moteurs ou pour toute autre application utilisant les caractéristiques particulières du relais. L'équation générale de la courbe caractéristique du relais est de la forme In = k, I étant l'intensité du courant contrôlé, t le temps de déclenchement du relais et E une constante, tandis que l'exposant n a une valeur variable suivant l'utilisation du relais. En pratique, les courbes théoriques répondant à l'équation ci-dessus ne sont pas obtenues avec les relais électromécaniques classiques ; en effet, la courbe d'un tel relais devient rapidementagssptotique à cause de la saturation magnétique d'une part et de l'inertie des parties mobiles d'autre part. La présente invention permet, par des circuits de commande à commutation électronique au moyen d'éléments à semi-conducteurs, d'établir un relais dont la courbe caractéristique peut être modifiée par simple ajustage des valeurs d'éléments d'un méme dispositif et qui ne présente pas les inconvénients exposés ci-dessus. Conformément à 1' invention, on utilise le courant d'entrée à contrôler pour produire une tension proportionnelle à la grandeur à contrôler du courant d'entrée et cette tension réglable est appliquée à la commande issune bascule de commutation électronique dont le fonctionnement amorce la charge d'un condensateur de temporisation d'une part sous une tension fournie par la source d'alimentation de la bascule électronique et d'autre part sous la tension proportionnelle à la grandeur à contrôler, tandis que la tension de ce condensateur, quand elle atteint le niveau de régulation d'une diode mener, actionne une deuxième bascule de commutation électronique dont le fonctionnement commande alors un transsistor de déclenchement qui ferme le circuit d'excitation d'un relais de sortie commandant les circuits désirés, par exemple des circuits de protection. La tension proportionnelle de commande est aussi utilisée, quand elle correspond à une valeur de la grandeur à contrôler qui est multiple de la valeur de réglage, pour commander sans temporisation une troisième bascule de commutation électronique actionnant aussi, comme la deuxième, le transistor de déclenchement. Pour bien faire comprendre l'invention, on décrira ci-après les parties essentielles d'une forme d'exécution d'un relais à maximum de courant à temps inverse selon l'invention ainsi que son fonctionnement et les possibilités de modification de sa courbe caractéristique, en référence au dessin annexé, dans lequel la figure 1 est le schéma de principe d'un relais selon l'invention la figure 2 montre l'influence de la régulation de la tension injectée appliquée au circuit de temporisation sur la partie basse de la courbe de la temporisation en fonction de l'intensité du courant à contrôler ; et la figure 3 montre l'influence du réglage de la tension injectée pour le courant de réglage. Sur la figure 1, on a indiqué en 1-2, les bornes entre lesquelles circule le courant à contrôler, en 3-4 les bornes respectivement positive et négative d'une source auxiliaire d'alimes- tation en courant continu et en 5-6 et 7-8 les bornes de deux circuits de sortie fermés par l'excitation d'un relais de sortie 9 commandé par le relais dont la figure 1 représente le schéma. La source 3-4 alimente à travers une résistance 10 les lignes positive et négative il et 12 du circuit d'alimentation dont la tension est régulée par une diode de Zener Z1. Entre les lignes 11 et 12 sont branchés trois bascules à transistors T1-T22 T3-T4, T5-T6, le circuit de temporisation mis en action par la première bascule et déclenchant la deuxième et enfin le circuit d' excita- tion du relais de sortie9dont l'enroulement de commande est en série avec un transistor de déclenchement T7 actionné soit par la bascule à temporisation T3-T4, soit par la bascule T5-T6 à actionnement instantané quand le courant à contrôler atteint une valeur multiplie de l'intensité de réglage. Le courant à contrôler parcourt le primaire d'un transformateur de courant Tr dont le secondaire alimente à travers une résistance 13 un pont redresseur 14 sur lequel est branchée en ddrivation une résistance réglable 15 permettant de régler la tension injecté au relais en fonction de l'intensité du courant à contrôler. La borne négative du pont 14 est reliée directement à la ligne négative 12 de la source d'alimentation tandis que la borne positive est reliée par une résistance 16 à la borne positive d'un condensateur de temporisation C1 également reliée à la ligne positive d'alimentation 11 par l'intermédiaire d'une résistance régla. ble 17, la borne négative du condensateur Cl étant reliée directe ment à la ligne négative 12. lie pont 14 alimente à travers une résistance 18 un potentiomètre 19 dont le curseur commande la polarisation de la base du transistor T1, un condensateur C2 étant branché en dérivation sur le potentiomètre 19. On indiouera dès maintenant que le pont 14 alimente aussi lin circuit comprenant en série les résistances 18-20, l'interrulrteur T, le pote tiomètre 21 et la résistance 22, le curseur du ootentioètre 21 fourrissant une tension de polarisation à la base du transistor T5 quant l'interrupteur I est fermé.Les bases des transistors T1 et T5 sont reliées chacune à la ligne négative 12 à travers une résistance 23-24 en série avec une thermistance 25-26. Les collecteurs des transistors T1 à T6 sont reliés à la ligne 11 à travers des résistances indiquées respectivement en 31 à 36. La ligne 12 est reliée aux metteurs des transistors T1-T2 à travers la résistance 27, à ceux des transistors T5-T6 à travers la résistance 28, à l'émetteur du transistor T7 à travers la résistance 29 et aux émetteurs des transistors T4 et T7 à travers la diode 30. Les bases des transistors T2, T4 et T6 sont reliées aux collecteurs des transistors T1, T3 et T5 à travers des résistances 37, 38 et 39 et à la ligne 12 à travers des résistances 40, 41, 42. Les bases des transistors T3 et T7 sont reliées à la ligne 12 à travers les résistances 43 et 44. La borne positive du condensateur de temporisation C1 est reliée au collecteur de T2 à travers une diode 45 pour lui permettre de se décharger à travers ce transistor quand celui-ci est rendu conducteur. Cette borne de condensateur est aussi reliée à la base de T3 à travers une diode Zener 46. En dérivation sur le condensateur C1 sont branchées en série une résistance 47 et une diode Zener 48. Pour compléter la description du schéma de la figure 1, il suffira d'indiquer que les collecteurs des transistors T4 et T6 sont reliés à la base du transistor de déclenchement T7 par les diodes 49 et 50 et par la diode Zener 51. On exposera maintenant brièvement le fonctionnement. En l'absence d'une tension fournie par le pont 14, la base du transistor TI est à la tension négative de la ligne 12, ce qui assure son blocage et le courant débité entre les lignes 11 et 12 à travers les résistances 37 et 40 donne à la base du transistor T2 une tension suffisamment positive pour que ce transistcr soit conducteur et s'oppose à la charge du condensateur C1 et à la polarisation de la base du transistor T3 qui est donc bloqué comme le transistor TI, de sorte que le transistor T4 est conducteur et que son collecteur ne peut polariser la base du transistor T7 qui est bloqué en empêchant l'excitation du relais de sortie 9. On remarquera que la base du transistor T7 ne peut être alimentée non plus à travers la diode 50 par le collecteur du transistor T6 qui est également conducteur par suite du blocage du transistor T5. Lorsque la tension de polarisation de la base du transistor T1, prélevée au curseur du potentiomètre 19, devient suffisante sous l'action du courant débité par le pont 14 à travers la résistance 18 et ce potentiomètre, le transistor T1 se sature et la tension de polarisation de la base du transistor T2 s'abaisse pour bloquer cd transistor e sorte que le condensateur C1 se charge d'une part sous la tension à travers la résistance 17 et d'autre part sous une tension proportionnelle au courant d'entrée à travers la résistance 16. Lorsque la tension aux bornes du condensateur C1 excède la tension de régulation de la diode Zener 46, celle-ci permet la polarisation positive de la base du transistor T3 qui devient conducteur en abaissant la tension de polarisation de la base du transistor T4 et celui-ci se bloque. Le blocage du transistor T4 polarise la base du transistor T7 à travers la diode 49 et la diode Zener 51, de sorte que ce transistor devient conducteur en fermant le circuit d'excitation du relais de sortie 9 qui déclenche et ferme par ses contacts les circuits de protection. 5-6 et 7-8. Pour des courants d'entrée plus élevés, réglables dans la gamme de 4 à 8 fois le courant de réglage par exemple, la tension au secondaire du transformateur Tr est suffisante pour que la polarisaticn résultante de la base du transistor T5 (si I'interrup- teur I est fermé) rende ce transistor conducteur en abaissant par suite la tension de la base du transistor T6 qui se bloque et le blocage du transistor T6 permet la polarisation positive de la base du transistor T7 à travers la diode 50 et la diode Zener 51, de sorte que le transistor T7 ferme le circuit d'excitation du relais de sortie 9 sans attendre la temporisation créée par la charge du condensateur C1. Le fonctionnement temporisé de la bascule T5-T4 donne au relais une caractéristique à temps inverse dans la gamme des courants de réglage tandis que la fermeture de l'interrupteur I permet le fonctionnement instantané de la bascule T5-T6 et du relais de sortie 9 pour des courants d'entrde représentant certains multiples de ces courants de réglage. Â la disparition du courant d'entrée, les transistors T5 et T1 se bloquent, les transistors T6 et T2 se saturent et le condensateur C1 se décharge à travers le transistor T2, de sorte que le transistor T3 se bloque et rend le transistor T4 conducteur comme le transistor T64 il en résulte que le transistor T7 se bloque et que le relais de sortie 9 retombe en coupant les circuits de protection 5-6 et 7-8. Les bascules Ti-T2 et T5-e6 ne sont pas symétriques et confèrent au relais un pourcentage de retour. La forme des courbes caractéristiques obtenues avec le schéma de la figure 1 dépend de deux paramètres a) le groupe de la diode Zener 48 et de la résistance 47, b) la tension injectée en fonction du courant d'entrée c'est-à-dire le réglage de la résistance 15. Lorsque- la résistance 47 est nulle, la tension de charge du condensateur Cl est limitée par la diode Zener 48 et la partie basse de la courbe caractéristique de la temporisation en fonction de l'intensité du courant à cntrôler est pratiquement horizontale comme indiqué sur la figure 2 qui montre l'influence de la résistance 47 sur la forme de la courbe (2O secondes par exemple). Pour une tension de régulation donnée de la diode Zeger 48, l'introduction d'une résistance 47 en série compense partiellement l'effet de la diode Zener 48 et permet d'incliner à souhait la partie basse de la courbe caractéristique comme le montrent les deux exemples de parties inclinées représentés sur la figure 2. ;'influence de la valeur de la résistance 15 sur la forme de la courbe caractéristique est représentée sur la figure 3 montrant trois courbes iBC pour une temporisation de base de 20 secondes et pour des réglages de la résistance 15 donnant respectivement des tensions de 3,8, de 5 et 6 volts à l'intensité de réglage. La résistance 15 détermine en effet la valeur de la tension injectée pour le courant de réglage déterminé ainsi que pour sea multiples. On remarquera que la modification de la valeur de la résistance 15 ne modifie pas la temporisation initiale à condition de ri*JuJter la la résistance réglable 17. D'autres réglages sont encore possibles si on change les valeurs d'un plus grand nombre d'éléments (par exemple Si on modifie les réglages des résistances 15, 16 et 17 t du condensateur C1 et si on supprime la diode Zener 48 et la résistance 47 à condition d'annuler la résistance 29). Sur la figure 3, on a représenté en D l'allure d'une courbe caractéristique correspondant à une relation I2t - k. L'invention n'est pas limitée à son application à un relais amphreméique s elle peut s'appliquer à tout autre relais tel qu'un relais voltmétrique ou un relais wattmétrique à temps inverse, comme on le comprendra aisément. R E V E N D I C A T I O N SO 1. Relais à maxiinum de courant, de tension ou de puissance à temps inverse, caractérisé par une bascule de commutation électronique (?1-T2) qui est alimentée par une source auxiliaire de courant continu et est actionnée par une tension réglable proportionnelle à la grandeur à contrôler du courant d' entrée et dont le fonctionnement permet la charge d'un condensateur de temporisation (cri) d'une part sous une tension fournie par la source d'alimentation et d'autre part sous une tension proportionnelle à la grandeur a' contrôler du courant d'entrée tandis que la tension de ce condensateur de temporisation, quand elle atteint le niveau de régulation d'une diode Zener 46, actionne une deuxième bascule électronique (T3-T4) dont le fonctionnement commande un transistor de déclenchement (T7) qui ferme le circuit d'excitation d'un relais de sortie (9) dont les contacts commandent des circuits d'utilisation, par exemple des circuits de protection, de telle sorte qu'il est possible de modifier la réponse du relais par des modifications d'éléments du circuit de commande et notamment par réglage de la tension de commande injectée en fonction du courant d'entrée. 2. Relais à maximum à temps inverse selon la revendication 1, dans lequel le circuit de charge du condensateur de temporisation (Cl) comprend, en dérivation sur le condensateur, une diode Zener (48) en série avec une résistance (47) dont la valeur permet d'obtenir une courbe caractéristique de la temporisation présentant une partie basse horizoStÇe ou inclinée à volonté, du fait que la Résistance compense plus ou moins, selon sa valeur, l'effet de la diode Zoner. 3. Relais à maximum à temps inverse selon la revendication 1, comprenant, pour la commande du transistor de déclenchement (T7), une troisième bascule électronique (Ts-T6) commandée par la tension proportionnelle à la grandeur à contrôler du courant d' entrée, pour fonctionner instantanément quand la grandeur a contrôler du courant d'entrée atteint un multiple donné de la valeur de réglage. 4. Relais à maxiraum de courant à temps inverse selon la revendication 1, dans lequel la tension de commande de la première bascule de commutation électronique est proportionnelle au courant d'entrée à contrôler et fournie par un pont redresseur alimenté par le secondaire d'un transformeteur de courant dont le primaire est parcouru par le courant d'entrée, le réglage du facteur de propor tionalité s'effectuant par une résistance réglable (15) en dérivation sur l'alimentation du pont redresseur.