Brevet FR2168884A1 — publié le 19730907

L'invention a pour objet un dispositif électronique de protection d'alimentation d'un circuit électrique d'utilisation et notamment de circuits devant absorber une surintensité passagère à leur mise sous tension. La présente invention est utilisable en particulier dans les installations d'énergie électrique pour la protection, entre autres, des circuits d'alimentation des machines tournantes et des lampes à filament métallique. De tels organes doivent permettre en effet, lors de leur mise sous tension, le passage de la pointe d'intensité de démarrage. Si l'on ne veut pas surdimensionner les circuits de commande d'alimentation desdits organes, il est nécessaire de prévoir une protection particulière. Celle-ci est réalisée avantageusement par le dispositif selon l'invention, qui permet, à chaque mise sous tension, le passage de la pointe d'intensité durant son temps normal d'établissement, puis la coupure de l'alimentation vers les circuits d'utilisation si la surintensité persiste. Le dispositif objet de l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit de commande d'alimentation à transistor placé sous la dépendance d'un circuit de blocage à transistor connecté entre l'entrée et la sortie du dispositif de commande d'alimentation de façon à provoquer la coupure de l'alimentation en cas de défaut, le circuit de blocage pouvant couper le circuit d'alimentation instantanément ou après un temps déterminé. Selon une caractéristique de l'invention, un circuit de commande d'alimentation à transistor de puissance est associé à un circuit de blocage à commande temporisée, de manière que ledit circuit ne puisse bloquer la commande d'alimentation que si les organes alimentés subissent le passage d'une surintensité durant un temps supérieur au temps normal de la pointe d'intensité due à la mise sous tension desdits organes. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit de blocage à commande temporisée comporte quatre éléments constitués respectivement par un thyristor, un transistor unijonction et deux transistors de même type, les deux transistors et le thyristor étant montés en série et le transistor unijonction étant monté en parallèle sur le thyristor, l'agencement entre lesdits éléments formant un pont de liaison entre l'entrée et la sortie du dispositif. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les premier et second transistors (T1, T2) du circuit de blocage à commande temporisée ont leur circuit de base reliés respectivement, le premier à l'entrée et le second à la sortie du dispositif, l'émetteur du premier transistor étant connecté à la polarité positive et son collecteur étant relié à l'émetteur du second transistor, de manière que le déverrouillage dudit circuit soit effectué lors de la saturation conjuguée desdits transistors, celle du premier transistor étant due à la tension d'entrée et celle du second transistor étant due à une surintensité du circuit d'utilisation agissant sur la sortie du dispositif. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'anode du thyristor est reliée en point commun au collecteur du second transistor, au circuit de base 2 du transistor unijonction et à un circuit à constante de temps, la gâchette du thyristor étant reliée au circuit de base I du transistor unijonction, le point commun à la résistance et au condensateur du circuit à constante de temps, étant relié à l'émetteur du transistor unijonction (UJT) de sorte que la saturation fugitive du second transistor due à une pointe d'intensité n'entrain qu'une charge partielle du condensateur du circuit à constante de temps, tandis que la saturation dudit second transistor se prolongeant au delà d'un temps limite permet de fournir une tension de charge suffisante aux bornes du condensateur pour déclencher le transistor unijonction et provoquer ainsi la décharge du condensateur qui effectue l'amorçage du thyristor. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cathode du thyristor est reliée à l'entrée dq circuit de commande d'alimentation de sorte que le thyristor amorcé, débitant sur le circuit d'entrée du dispositif, provoque une inhibition de l'action de la tension d'entrée, ce qui entraîne le blocage du circuit de commande d'alimentation à transistor. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit de blocage comporte une liaison supprimant le circuit de temporisation et pouvant relier directement le collecteur du second transistor du circuit de blocage et la diode de liaison avec l'entrée du circuit de commande d'alimentation. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, un élément de coupure, situé en amont de l'entrée du dispositif permet, après suppression du dérangement, la remise du dispositif en son état initial lorsque la tension d'entrée est délivrée en permanence, ledit élément permettant, par une action manuelle ou automatique, de supprimer la tension d'entrée, ce qui a pour conséquence le blocage du premier transistor et du thyristor et, de ce fait le déblocage du circuit de commande d'alimentation. Les avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description et du fonctionnement détaillé d'une forme de réalisation de l'invention, à l'aide de la figure annexée, donnée à titre d'exemple. Un circuit CCA entouré de traits tiretés représente le circuit de commande d'alimentation et un circuit CU représente un exemple de circuit d'utilisation. Les éléments non entourés composent un circuit de blocage à commande temporisée CBT, ledit circuit associé au circuit de commande d'alimentation constituant le dispositif selon l'invention. La tension d'entrée est présentée sur le circuit d'entrée CE et reçue sur l'entrée E du dispositif à travers les contacts d'une clé de déblocage CD. Le circuit de commande d'alimentation CCA comporte une résistance RE dont les extrémités sont reliées respectivement à l'entrée E du dispositif et à l'anode d'une diode zener ZE. La cathode de la diode zener est reliée d'une part à une résistance RB dont l'extrémité opposée est reliée à la polarité positive et. d'autre part, à la base d'un transistor TC de type PNP. L'émetteur du transistor TC est connecté à la polarité positive et son collecteur est relié à une résistance RC dont l'extrémité opposée est reliée à la base d'un transistor de puissance TP, de type NPN. Les extrémités d'une résistance RP relient la base et l'émetteur du transistor TP dont le collecteur est connecté à la polarité positive. L'émetteur du transistor TP est également relié à la sortie S du dispositif sur laquelle sont montées en parallèle des lampes L1, L2.... Ln du circuit d'utilisation CU, lesdites lampes étant connectées à la polarité négative d'alimentation. Le circuit de blocage à commande temporisée comporte deux transistors T1 et T2 de type PNP, un thyristor TH et un transistor unijonction UJT, ces éléments étant interconnectés et associés au circuit de commande d'alimentation. L'entrée E du dispositif est également reliée à une résistance RA dont l'extrémité opposée est reliée, d'une part, à une résistance RD connectée à la polarité positive et, d'autre part, à la base du transistor T1. L'émetteur dudit transistor est connecté à la polarité positive et son collecteur est relié à l'émetteur du transistor T2. La base du transistor T2 est reliée d'une part à une résistance RP1 dont l'extrémité opposée est connectée à la polarité positive et, d'autre part, à une résistance variable RP2 dont l'extrémité opposée est reliée à la sortie S du dispositif. Le collecteur du transistor T2 est relié, d'une part, à l'anode du thyristor TH et, d'autre part, à une résistance RL dont l'extrémité opposée est reliée en point commun à des résistances RB2 et RT. L'extrémité opposée de la résistance RB2 est reliée à la base 2 du transistor unijonction UJT et l'extrémité opposée de la résistance RT est reliée en point commun à l'émetteur du transistor unijonction et à l'armature d'un condensateur C dont l'armature opposée est connectée à la polarité négative. La base 1 du transistor unijonction est reliée d'une part à une résistance RB1 dont l'extrémité opposée est connectée à la polarité négative et, d'autre part, à une résistance RG dont l'extrémité opposée est reliée à la gâchette du thyristor TH. Les extrémités d'une résistance RS sont respectivement reliées à la gâchette et à la cathode du thyristor TH. La cathode dudit thyristor est également reliée d'une part, à une résistance RN dont l'extrémité opposée est connectée à la polarité négative et, d'autre part, à l'anode d'une diode D dont la cathode est reliée à l'anode de la diode zener ZE. Une liaison LD (représentée en traits tiretés), pouvant être établie par un contact M, reliant le collecteur du transistor T2 et le point commun à la résistance RN et à l'anode de la diode D, peut être substituée au thyristor TH, au transistor unijonction UJT et au circuit à constante de temps C, RT, RL, le dis positif fonctionnant alors en détecteur instantané de surintensité et en disjoncteur instantané de l'alimentation du circuit d'utilisation. On examinera tout d'abord l'état du dispositif après que la mise sous tension ait été effectuée, les phénomènes transitoires étant disparus. L'entrée E étant soumise à une tension négative de valeur suffisante (supérieure à la somme de la tension zener de ZE et du seuil émetteur-base du transistor TC), la résistance RE est parcourue par une intensité qui sature le transistor TC. Ce dernier alimente par son collecteur la base du transistor de puissance TP qui, étant saturé, alimente les lampes LI à Ln du circuit d'utilisation. Le transistor TP étant saturé, la sortie S du dispositif est sensiblement au potentiel positif du collecteur dudit transistor et, par conséquent, le transistor T2 est bloqué. Ainsi, bien que le transistor T1 reçoive une tension de déblocage sous l'effet de la tension appliquée à l'entrée E du dispositif, le transistor T2 reste bloqué et interdit l'alimentation des circuits du transistor unijonction et du thyristor. De ce fait, le circuit de blocage du dispositif reste verrouillé, aucun courant ne circulant à travers le thyristor TH et la diode D. Fonctionnement du dispositif lors de la mise sous tension - (présence de la surintensité pendant la période transitoire) Au moment de la mise sous tension du dispositif [application de la tension négative sur l'entrée E), l'alimentation du circuit d'utilisation CU détermine une surintensité passagère due, dans le cas des lampes à filaments métalliques donné en exemple, au fait que les lampes sont "froides". Pendant l'échauffement des filaments de lampes, le transistor TP n'est pas saturé, sa tension émetteurcollecteur étant supérieure à la tension de saturation, et un potentiel plus négatif, provenant du circuit d'utilisation, apparait au point S, ledit potentiel provoquant le déblocage momentané du transistor T2.Le condensateur C subit alors un début de charge par le circuit suivant polarité positive, transistors T1 et T2, résistances RL et RT, condensateur C et polarité négative. Après l'échauffement des filaments, le circuit d'utilisation est alimenté à son régime normal par l'intermédiaire du transistor TP saturé. Le point S vient donc au potentiel positif du collecteur dudit transistor. Ce potentiel provoque le blocage du transistor T2 et, par conséquent, le circuit de blocage est verrouillé comme précédemment. Fonctionnement du dispositif lors d'une surintensité prolongée au delà de la période transitoire Si une surintensité sé prolonge au delà du temps limite attribué à la surintensité normale de "démarrage", le point S du dispositif étant à un potentiel plus négatif tant que cette surintensité subsiste, le transistor T2 reste conducteur durant le même temps. Ceci permet de charger le condensateur C jusqu'à une tension atteignant la valeur de pic du transistor unijonction UJT qui se déclenche. Le condensateur C se décharge à travers la jonction émetteur-base 1 du transistor unijonction et à travers d'une part, la résistance RB1, et d'autre part, les résistances RG RS et RN. La gâchette du thyristor reçoit ainsi une impulsion de tension positive provoquant l'amorçage dudit thyristor qui devient conducteur. Le potentiel positif d'émetteur du transistor T1, diminué d'une faible chute de tension à travers les transistors T1 et T2, le thyristor TH et la diode D, est ainsi aiguillé sur l'anode de la diode zener ZE qui devient bloquante vis-à-vis de la tension d'entrée. Les transistor TC et TP prennent l'état bloqué et le circuit d'utilisation cesse d'être alimenté. Les transistors TI et T2 restent maintenus à la saturation. TI par le circuit d'entrée et T2 par le circuit d'utilisation. Réarmement du dispositif Après intervention dans le circuit d'utilisation et malgré la remise en état dudit circuit, le transistor TP étant bloqué, le point S reste à un potentiel suffisamment négatif pour maintenir le transistor T2 à létat conducteur. Par conséquent, si l'entrée E reçoit une tension permanente, le transistor T2 reste aussi conducteur et le thyristor TH continuant à hêtre alimenté, maintient au blocage le transistor TC et, en conséquence, le transistor TP. La remise du dispositif à son état initial d'alimenteur et de protecteur de l'alimentation s'obtient par suppression momentanée de la tension négative sur l'entrée E en manoeuvrant par exemple une clé de déblocage CD qui ouvre le circuit d'entrée CE. La rupture du circuit d'entrée provoque le blocage du transistor T1, lequel supprime le courant d'alimentation du circuit de blocage (non conduction du thyristor TH et en conséquence suppression du potentiel positif de blocage sur l'anode de la diode zener ZE). Ainsi, le circuit d'entrée étant rétabli (clé CD abaissée), la diode zener ZE est non bloquante vis-à-vis de la tension d'entrée qui remet à l'état saturé les transistors T1 et TC.Après le passage de la pointe d'intensité de démarrage, le transistor TP devient saturé et le transistor T2 se bloque comme on a vu précédemment (fonctionnement lors de la mise sous tension3. Adaptation du dispositif pour une détection instantanée de surintensité (sans régime transitoire) Dans ce cas le collecteur du transistor T2 est directement relié au point J commun à l'anode de la diode 0 et à la résistance PN par fermeture d'un contact M fermant une liaison métallique LD, ladite liaison étant substituée à l'ensemble thyristor-transistor unijonction et à leurs circuits associés (résistances RL, RG, RS, RB1, RB2, RT et condensateur C). Ainsi, dès la présence d'une surintensité, le point S devenant plus négatif, le transistor T2 se débloque et délivre directement un potentiel de blocage sur le circuit de commande d'alimentation qui coupe l'ali mentation du circuit d'utilisation, les opérations de détection de surintensité et de disjonction d'alimentation étant immédiates. La diode D s'oppose à la circulation d'un courant entre la jonction émetteur-base du transistor TC et la résistance RN. La résistance variable RP2 permet de régler le seuil de déblocage du transistor T2 en fonction d'une valeur nominale de surintensité affectant le circuit d'utilisation. On peut ainsi combiner le circuit de blocage à commande temporisée et le circuit de blocage à commande instantanée en commandant le contact par un relais fonctionnant hors période transitoire de façon à obtenir une coupure instantanée dans le cas de surcharge en régime normal. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. On peut, sans sortir du cadre de l'invention apporter des modifications de détail, changer certaines dispositons ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Dispositif électronique de protection d'alimentation d'un circuit électrique extérieur utilisable notamment dans les installations d'énergie, caractérisé. par le fait qu'il comporte un circuit de commande d'alimentation à transistor placé sous la dépendance d'un circuit de blocage à transistor connecté entre l'entrée et la sortie du dispositif de commande d'alimentation de façon à provoquer la coupure de l'alimentation en cas de défaut le circuit de blocage pouvant couper le circuit d'alimentation instantanément ou après un temps déterminé. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit de blocage comporte au moins un transistor dont une électrode de commande est reliée au circuit d'utilisation, son collecteur étant relié au circuit d'entrée du circuit de commande d'alimentation pour bloquer ce circuit en cas de défaut. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le circuit de blocage comporte en outre une commande temporisée de manière que le circuit de commande d'alimentation ne puisse être bloqué que si le défaut dure un temps supérieur à une période transitoire déterminée. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la commande temporisée du circuit de blocage comporte un thyristor dont la gâchette est commandée par un transistor unijonction associé à un circuit à retard. 5/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit de blocage à commande temporisée est formé par l'association série-parallèle d'éléments semiconducteurs comprenant deux transistors de meme type tT1, T23 et un thyristor (TH) reliés en série, un transistor unijonction étant monté en parallèle sur le thyristor de manière que l'agencement entre ces divers éléments forme un pont de liaison entre l'entrée et la sortie du dispositif. 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les premier et second transistors du circuit de blocage ont leur circuit de base reliés respectivement à l'entrée et à la sortie du dispositif, l'émetteur du premier transistor étant connecté à une polarité d'alimentation et son collecteur étant relié à une électrode de conduction du thyristor, de sorte que ledit thyristor est soumis à une tension lors de la saturation conjuguée des deux transistors, celle du premier transistor étant due à la tension appliquée à l'entrée du dispositif et celle du second transistor étant due à une surintensité du circuit d'utilisation (CU) agissant sur la sortie du dispositif. 7/ Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que le transistor unijonction est relié en parallèle sur le thyristor, ledit transistor unijonction ayant son circuit de base I relié au circuit de gâchette du thyristor et son circuit de base 2 relié, d'une part, à une résistance (RL) dont l'extrémité est commune au collecteur du second transistor et à une électrode de conduction du thyristor, et d'autre part, à un circuit à constante de temps (RT C), l'émetteur du transistor unijonction étant relié en point commun à la résistance et au condensateur dudit circuit dont le condensateur est connecté à une polarité négative, de sorte que la saturation fugitive du second transistor due à une pointe d'intensité sur le circuit d'utilisation, n'entraîne qu'une charge partielle du condensateur du circuit à constante de temps tandis que ladite saturation se prolongeant au delà d'un temps déterminé permet de charger le condensateur à une tension suffisante pour déclencher le transistor unijonction et provoquer ainsi la décharge du condensateur qui amorce la conduction du thyristor. 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'électrode de conduction opposée du thyristor est en liaison avec le circuit d'entrée du dispositif par l'intermédiaire d'une diode (O) orientée dans le sens de conduction dudit thyristor, de sorte que le transistor amorcé, débitant sur le circuit d'entrée, provoque une inhibition de l'action de la tension d'entrée, ce qui entraîne le blocage du circuit de commande d'alimentation qui coupe l'alimentation du circuit d'utilisation. 9/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le circuit de base du second transistor (T2) du circuit de blocage comporte une résistance réglable (RP2) de manière à régler le seuil de déclenchement dudit transistor selon une valeur donnée de surintensité affectant le circuit d'utilisation. 10/ Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit de blocage comporte une liaison supprimant le circuit de temporisation et pouvant relier directement le collecteur du second transistor du circuit de blocage et la diode de liaison avec l'entrée du circuit de commande d'alimentation.