Brevet FR2147828A1 — publié le 19730311

L'invention concerne un dispositif pour alimenter enr commande en courant continu (ou courant assimilable au courant continu) un ou plusieurs composants électriques actifs ou semi-passifs exigeant à la mise en état du travail une intensité o vet une tension plus forte qu'au maintien dans cet état de travail. Un exemple de composant de ce type est fourni par la bobine d'un électroaimant pour contacteur de puissance, à laquelle l'alimentation en courant non alternatif confère des avantages multiples et bien connus : absence de bruit, de vibrations, de pertes par hystérésis ; possibilité de séquences de travail dont la période est très courte ; facilités de construction entraînant une éconoaie de matière. Cependant, ces derniers avantages sont d'autant plus prononcés que le circuit de commande de la bobine comprend des moyens pour limiter le courant la traversant aussitôt après la fermeture du contacteur. On voit donc qu'une telle bobine constitue une application toute indiquée du dispositif suivant l'invention.Aussi, dans la suite de la demande, lorsqu'on parlera de "bobine de contacteur", on visera également tout composant électrique répondant à la condition du premier paragraphe, ctest-A-dire demandant une énergie plus élevée â "l'amorçage" qu'awt,Baintien dans l'état " arcé", pourvu que le temps nécessaire & l'amorçage soit suffisamment stable pour rester dans des limites déterminées à l'avance. Puar ce qui concerne plus particulièrement le cas des bobines de contacteur, on connatt déj & plusieurs montages qui permettent d'économiser le courant traversant leur enroulerent une fois que la fermeture de l'entrefer a été assurée.La plupart de ces montages sont basés sur l'existence de deux circuits d'alimentation en dérivation pour la bobine dont l'vn au moins comprend une résistance limitant le courant utile à la valeur nécessaire pour assurer le maintien du contacteur en état de travail ; un organe de temporisation est alors prévu pour ouvrir le circuit le plus direct et éventuellement fermer l'autre simultanément (ou avant cette ouverture) au moyen d'un ou plusieurs contacts auxiliaires, générale ment portés par le contacteur lui-même. Ces dispositifs sont bien au point mais comportent cependant tous les aléas inhérents à l'utilisation dMléments de commu- tation électro-mécaniques. Leur fiabilité est par ailleurs subordonnée à celle des moyens de temporisation et leur câblage d'autant plus onéreux que les fonctions de commande et de puissance sont localisées dans des secteurs éloignés l'un de l'autre. Tous ces inconvénients disparaissent par l'emploi des moyens de l'invention qui ont pour résultat de permettre des montages très surs, très économiques et parfaitement réglables. Dans ce but et dans l'objet défini au premier paragraphe de la présente denande, on a mis au point un dispositif dans lequel la durée totale de travail d'un composant électrique actif est définie par celle d'un signal de niveau bi Mire, dispositif du type comportant une voie d'alimentation forte et une voie/ d'alimentation faible, la première étant fermée dès que le signal de commande passe de la valeur repos à la valeur travail et la seconde étant ensuite imposée au bout d'un laps de temps déterminé par un organe de temporisation, dans lequel la voie d'alimentation forte est pilotée par la sortie d'un premier bloc logique réalisant une fonction "IntersectionH entre au moins deux portes d'entrée, la première de ces portes étant reliée à la ligne d'application du signal de commande binaire en amont de l'organe de temporisation et une seconde porte étant reliée à cette ligne en aval de cet organe de temporisation par l'intermédiaire d'un deuxième bloc logique réalisant la fonction "Complémentation". Dans une version préférée du dispositif, la voie d'alimentation faible est également pilotée par la sortie de ce deuxième bloc logique, par ailleurs branchée directement sur la seconde porte d'entrée du premier bloc logique (fonction d'intersection). On arrive à une réalisation très simplifiée du dispositif dans le cas oû le signal binaire est au niveau un pour la commande "repos" du composant actif et au niveau zéro pour sa commande "travail", en prévoyant que le premier bloc logique réalise une fonction d'intersection du complément de ses entrées (fonction NI), la première porte de ce bloc étant branchée directement sur la ligne d'application du signal (en amont de l'organe de temporisation) et la seconde porte étant branchée directement sur la sortie du deuxième bloc logique de complémentation (fonction NON). La sortie du premier bloc, pilotant la voie d'alimentation forte, est alors au niveau I dès que le signal de commande passe de un à zéro alors que la sortie du second bloc, pilotant la voie d'alimentation faible, ne passe à un qu'après le laps de temps imposé par l'organe de temporisation, au moment mtme ou la sortie du premier bloc repasse à zéro. On obtient une réalisation encore plus homogène du dispositif avec un signal de commande au niveau zéro pour le repos et au niveau un pour le travail en montant, en amont de la dérivation de la ligne de commande vers la première porte du premier bloc d'une part et l'organe de temporisation d'autre part, un troisième bloc logique réalisant la fonction "complémentation'1. Dans ce cas, les trois blocs peuvent ètre de moeme contraction (fonction NI), au moins deux portes étant utilisees pour le premier et une seule porte pour les deux autres. Comme organe de temporisation, il est tout indiqué d'utiliser un système résistance-capacité dont la valeur sera ajustée au laps de temps jugé nécessaire à la fermeture certaine de l'entrefer de l'électro-aimant (ou à l'entrée dans la phase stable de travail, pour un composant actif assimilable).Au cas où la porte d'entrée du deuxième bloc logique (bloc logique inverseur à l'aval de l'organe de temporisation) comporte une résistance propre de valeur non négligeable (condition réalisée par tous les blocs logiques à transistor en usage actuellement), et oû, par exemple, le début de séquence est marqué en ce lieu par le, pas sage du signal d'entrée de UN à ZERO, le système résistance-capacité de tempsri- sation pourra se réduire à un ou plusieurs condensateurs, divergeant de la ligne alimentant cette porte en amont de cette résistance propre. Cette dernière peut naturellement autre précédée par une résistance additionnelle ; de même, au moins un desdits condensateurs sera, avec intérêt, un condensateur variable. A l'amont d'un tel organe de temporisation on placera une diode évitant la décharge du ou des condensateurs vers la première porte du premier bloc logique. Les voies d'alimentation forte et faible du composant à alimenter pourront être principalement constituées par un mdme amplificateur à deux entrées et une sortie branchée sur ledit composant, le gain de l'amplificateur sur sa première entrée, reliée à la sortie du premier bloc logique, étant plus important que le gain sur la seconde entrée, reliée à la sortie du deuxième bloc logique. Cet amplificateur pourra titre constitué par des transistors, éventuellement montés en étage DARLINGTON, qu'on fera travailler sous des courants de base différents suivant l'état des entrées. On obtient ainsi une version entièrement statique du montage qui ne demandera, pour etre reliée au composant, qu'une filerie réduite au minirun. En alternative, on pourra utiliser un amplificateur de mEse principe mais A deux sorties séparées, celle pilotée par la première entrée étant reliée directement au composant à alimenter et celle pilotée par la seconde entrée étant reliée t celui-ci par l'intermédiaire d'une résistance ou d'un organe de limitation équivalent. Cette disposition présente l'avantage de pouvoir placer ce dernier composant passif au point le plus approprié du montage. On va maintenant donner un exemple non limitatif de mise en oeuvre de l'in vention, celui-ci étant, comme l'essentiel de ce qui précède, écrit en logique positive, tant en ce qui concerne les niveaux que les connexions. Cet exemple, donné à titre non limitatif et susceptible, de la part d'un technicien,de de nom- breuses modifications ou adaptations, est illustré par les destins annexés qui représentent respectivement - La figure 1, une forme schématisée de mise en oeuvre de l'invention, - La figure d'ensemble 2, le diagramme des états de différents points du schéma de la figure 1, - La figure 3,un ensemble d'exécution d'un amplificateur compatible avec l'exécution suivant la figure 1, - La figure 4, le schéma d'une autre forme de réalisation, - La figure 5, un autre exemple d'amplificateur. Sur la figure 7 on a schématisé en 1, 2 et 3 blocs ou relais statiques semblables réalisant la fonction NI, aussi appelée "OU complémentée" ou "NOR", par exemple de la série "NORBIT 2" de la RADIOTECHNIQUE-COMPELEC. La sortie de ces blocs est distinguée par un petit cercle clair qui symbolise leur fonction / "complémentation". Les points G, D et B de connexions figurées en traits pleins sont donc au niveau de sortie des blocs 1, 2 et 3 respectivement alors que les points E et F pour le bloc 1, C pour 2 et A pour 3 déterminent le niveau des entrées respectives de ces blocs statiques. A noter que celles-ci se font sur des résistances comprises dans le bloc dont l'une a été schématisée en amont de C pour le bloc 2. En dérivation de l'alimentation du bloc 2 à partir de la sortie B du bloc 3, on voit deux condensateurs 4 et 5, le dernier étant figuré à capacité variable. Ces condensateurs déterminent avec la résistance de l'entrée C du bloc 2 une constante de temps de valeur e qui peut etre ajustée entre deux extrêmes en visant varier la capacité de 5. Une diode 6 empeche que le niveau de tension de l'armature des condensateurs 4 et 5 isolée de la masse domine l'entrée E du bloc 1 qui sera ainsi toujours au niveau de la sortie B du bloc 3. En 7 et 8 on a symbolisé un amplificateur à deux entrées H et I et une sortie J, cette dernière étant connectée à l'enroulement 9 qui symbolise une bobine de discontacteur. Celle-ci est, dans le cas présent,le le composant que le dispositif doit alimenter. Les entrées H et I sont reliées équipotentiellement aux sorties G du bloc statique 1 et D du bloc statique 2. Cette dernière est en outre connectée à la seconde entrée (E) de ce bloc 1. Le fonctionnement du dispositif suivant la figure 1 se suivra aisément en regardant les diagrammes de la figure 2 dans laquelle on a repéré sur les rangs 2A , 2B, ... 2J les niveaux de tension atteints par les points A, B ... J à différents instants de fonctionnement du dispositif. Bien entendu, les points B et E (par exemple), reliés Equipotentiellement sont repérés sur le meme rang noté 2B et E. En abcisse des diagammes, on a noté les temps T-l, To, T1, T2, T3, T4 et T5, caractéristiques d'une séquence de mise au travail (à partir de l'état de repos) et de retour au repos du dispositif. Cette séquence, de durée u, se déroule entre les temps To et T4 et correspond à très peu près à la durée d'envoi sur l'entrée A d'un signal de niveau 1.Le tableau ci-dessous résume, aux temps de fonctionnement stable du dispositif, les niveaux de tension atteints par les différents points caractéristiques (voir tableau page suivante) T-i T1 T3 T5 A 0 i i o i =r O o i = 0 0 I C = i f" i o i D=C O O O o o D o 1 O G = E. F| O 1 0 0 H-G O 1 ' o loD O O 1 O dB+I O 1 i/n o La notation C = B#0 signifie que le niveau en C atteint le niveau 1 en même temps que le passage dc B de O à 1 mais revient à zéro avec un temps de retard sur le passage de B de 7 à o.Ce laps de temps, t, dépend de la valeur de la. constante de temps propre S du système de tempvvisatîon résistance-capacité (entrée C de 2 et condensateurs 4 - 5) ainsi que du seuil dc tension en-dessous duquel l'tat de l'entrée C peut être considéré comme équivalent à zéro par suite de la décharge des condensateurs 4 et 5 au travers du bloc statique 2. Pour la sortie J de l'amplificateur 7 - 8 on a codé 1 état de sortie maximal correspondant à l'attaque de l'entrée H par le signal 1 (entre To et T2 ) et 1/n le niveau de tension réduit résultant de l'attaque de la seule entrée I par le signal 1 entre les temps T2 et T4 . La bobine 9 est donc soumise à toute la tension disponible pendant le laps de temps t, qu'on choisit un peu supérieur au temps de fermeture de l'électro-aimant commandé, puis soumise à une tension réduite, suffisante pour le maintien de la fermeture de celui-ci. On notera que, l'état de tous les points au temps T5 étant identique à celui existant aux mêlas points au taps T0, la séquence est immédiatement répétitive. Le point J est en effet au niveau O presqu'aussittt que le signal de commande sur A est lui-mtme revenu à zéro. Par ailleurs, on pourrait, fictivement, supprimer la première ligne du tableau ci-dessus, ce qui, dans la pratique reviendrait à supprimer le bloc logique 3 et à appliquer directement en B un signal ZERO pour mettre et conserver la bobine 9 au repos et un signal UN pour la mettre ou maintenir au travail. Le fonctionnement de l'ensemble n'non seraitrullement perturbé. La figure 3 montre une forme de réalisation de 11 amplificateur 7-8 dans laquelle les voies d'alimentation forte et faible sont découplées et sont donc susceptibles d'entre attquées indépendamment par les sorties G et D des blocs statiques 1 et 2 de la figure 1. Celles-ci sont en effet connectées respectivement par l'intermédiaire des points H" et I" à la résistance d'entrée de transistors différents, S1 pour G et S2 pour t. S1 et S2 sont naturellement connectés par ailleurs aux lignes de circuit par des résistances de polarisation et de protection qu'il n'a pas semblé utile de représenter.On notera seulement que la bobine à alimenter, notée ici 9", est insérée, d'une part, directement dans le circuit collecteur du transistor S1 et d'autre part, par l'intérmêdaire d'une résistance limitative calibrable 10 dans le circuit collecteur de On comprend aisément que lorsque G sera à 1 avec D = O comme au tableau ci-dessus, le transistor S1 sera passant et mettra la bobine 9" sous la tension maximum disponible entre la ligne haute et la masse (à la faible chute de tension dans Si saturé près) ; S2 sera alors au contraire bloqué. Lorsque, après le laps de temps t, G passera à O et D au niveau 1, le transistor S1 sera bloqué et S2 deviendra passant.La bobine 9" sera encore sous tension mais celle-ci sera limitée par la résistance 10 qu'on aura ajustée à une valeur compatible avec le maintien de la fermeture du contacteur. Le retour à zéro de G et D entratnera l'arrêt de l'alimentation de 9". La forme de réalisation combinée des figures 7 et 3 peut ètre particulièrement utile chaque fois que le composant à alimenter demande une puissance neete- ment plus forte à I'amorçage qu'au maintien en état amorcé. Elle permet en effet de rassembler d'un côté des éléments statiques fonctionnant en pure commutation et de placer la résistance limitatrice à l'extérieur de ce circuit de commutation qui nta par ailleurs rien à craindre des effets de dérive thermique. Une forme simplifiée du dispositif est donnée schématiquement par la figure 4. De meme qu'à la figure 3 certains composants passifs de protection et de polarisation n'ont pas été représentés. Comme à la figure 1, le signal binaire de commande par niveau (niveau 1 pour la mise au travail, niveau zéro pour la mise au repos) est appliqué au point d'entrée noté ici A'. Mais il parvient directement à l'entrée I' du système d'amplification double 17-18 dont la version la mieux adaptée à ce montage est donnée par la figure 5. En B', donc en amont de l'organe de temporisation, le siest dérivé vers la première entrée E' d'un bloc logique 11 réalisant la fonction d'intersection de ses entrées (bloc ET). La seconde entrée F' de ce bloc est également reliée à B' mais par l'intermédiaire d'un organe de temporisation 14 et d'un bloc logique 12 réalisant la fonction complémentation (fonction NON). L'organe de temporisation 14 introduit ici aussi un laps de temps de retard, à la montée du signal mais sa sortie C' revient à zéro aussitôt que le signal sur A revient lui-mtme à zéro. Comme dans le cas de la figure 1, il peut autre composé de condensateurs, dont une armature est à la masse, et de la résistance d'entrée du bloc 12. L'entrée du bloc 12 est équipotentielle avec C' et sa sortie D' l'est avec F'. La sortie G' du bloc 11 est reliée directement à l'entrée H' du système d'amplification 17 - 18. La sortie J' de celui-ci est reliée au composant à alimenter 19. Ce système d'amplification peut avantageusement autre celui schématisé sur la figure 5. Comme celui de la figure 3, il est composé principalement de deux transistors S3 et S4 mais ceux-ci, au lieu d'être en parallèle sont montés en étage DARLINGTON ; le composant d alimenter, noté ici 19', constitue la charge principale (de plus forte admittance) du collecteur de 54 A la base du transistor S3 sont couplées, en dérivation, quatre résistances de valeur sensiblement égale (en plus de la résistance de polarisation de S3 , schématisé verticalement). Ces résistances forment les entrées de l'amplificateur tel que 17 - 18, trois d'entre elles étant couplées sur la borne H' et lt quatrième sur la borne I'. La sortie de l'amplificateur est cotée J'. Le fonctionnement du dispositif suivant la figure 4 est donné par le tableau ci-dessous, les temps T I , T1 , T3 et T5 ayant la mEme signification que pour les figures 1 et 2. T ~ 1 | T1 | T3 | T5 A =B = E' L O \ O C' = B'T 0 0 I O -------=- -------- F' = D' = C' 1 1 O 1 H' = E' .F' O 1 O 0 I' = A' O 1 1 O Comme plus haut, les états de tous les points aux temps Tq sont les qu'au temps T-l, ce qui montre bien que la séquence de travail de composant alimenté peut alors se répéter dans les mêmes conditions.Celle-ci s'effectue de la manière suivante (figure 5) Des que le signal d'entrée sur A' est passé à UN, les entrées K' et I' de 17 - 18 montent simultanément å UN (voir colonne T1 du tableau ci-dessus) et le courant de base du transistor S3 est alors très important. Celui-ci devient donc passant, au voisinage de la saturation et le transistor S4 est soumis aux mimes conditions. A la faible chute de tension dans S4 et sa résistance d'émetteur (admittance forte) près, le composant 19 est munis à la tension maximum disponible.Lorsque, au bout d'un laps de temps t', dépendant du retard A apporté par organe de temporisation 14 et le niveau de sensibilité du bloc inverseur 12, la sortie G' du bloc 11 est revenue à zéro, on se trouve avec les conditions de la colonne Ta du tableau ci-dessus à savoir : H' = O, I' = 1. La base de S3 reçoit toujours en courant direct mais beaucoup plus faible puisque la valeur de la résistance d'entrée a été multipliée par quatre. L'amplification de ce signal par le montage est donc beaucoup plus faible et le composant 19 est parcouru par un courant bien moindre que précédemment, S4 restant passant mis n'étant plus saturé. Dès que I' reviendra au niveau zéro, les deux transistors se bloqueront et 19 cessera autre alimenté. Ces différentes formes de réalisation peuvent être combinées de plusieurs manières ou recevoir diverses additions sans s'écarter des principes de l'invention. En particulier, l'amplificateur de la figure 5 peut autre alimenté sur une seule de ses entrées à la fois comme celui de la figure 3. Il suffirait le brancher l'entrée 1 en C', en aval de l'organe de temporisation 12 (figure 4) pour parvenir à cette condition de fonctionnement qui peut avoir un certain intérêt dans des applications particulières. RE=VE"NDICATsIONS i./ Dispositif de commande pour l'alimentation en courant continu d'un composant électrique demandant une intensité ou une tension plus forte à la mise en état de travail qu'au maintien en cet état de travail (tel qu'une bobine d'électro-aimant) au moyen d'un signal de commande binaire, du type comportant une voie d'alimentation forte et une voie d'alimentation réduite, la première uie étant fermée dès que le signal de commande passe de la valeur repos à la valeur travail et la seconde étant ensuite imposée au bout d'un laps de temps déterminé par un organe de temporisation, caractérisé en ce que la voie d'alimentation forte est pilotée par la sortie d'un premier bloc logique réalisant une fonction d'intersection entre au moins deux potes d'entrée, une première de ces portes étant reliée b la ligne d'application du signal de commande binaire en amont de l'organe de temporisation et une seconde de ces portes étant reliée à cette ligne en aval de cet organe de temporisation par l'intermédiaire d'un second bloc logique réalisant la fonction complémentation. 2g/ Dispositif conforme à la revendication 1 caractérisé en ce que la voie d'aliientation faible est pilotée par la sortie du deuxième bloc logique. 3 Dispositif conforme aux revendications 7 ou 2 dans lequel le signal de commande est amené au niveau ZERO pour mettre et garder ledit composant à alimenter au travail et au niveau UN pour le mettre et le garder au repos, caractt en ce que le premier bloc logique est un bloc qui réalise une fonction d'intersection du complément de ses entrées, la première porte dudit bloc étant bran chiée directement en un point où ce signal de commande est amené aux valeurs ci-dessus. 49/ Dispositif conforme à la revendication 3 dans lequel le signai de com Bande originel est au niveau UN pour le travail du c imposant à alimenter et au niveau ZERO pour le repos dudit composant, caractérisé en ce que on intercale un bloc logique réalisant la fonction de complémentation immédiatement en amont de la dérivation vers la première porte du premier bloc logique d'une part et l'organe de temporisation d'autre part. 5./ Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications ci-dessus dans lequel l'organe de temporisation est basé sur un système résistance-capacité, caractérisé en ce que le principal de la valeur de la résistance dudit système est fourni par la résistance d'entrée du deuxième bloc logique. 60/ Dispositif conforme aux revendications 4 et 5 caractérisé en ce que on prévoit une diode entre la capacité dudit système de temporisation et la dérivation entre l'entrée dudit système d'une part et la porte d'entrée du premier bloc logique d'autre part. 7./ Dispositif conforme à la revendication 2 caractérisé en ce que les sorties du premier bloc logique d'une part et du second bloc logique d'autre par/t sont reliées respectivement à l'une des deux entrées d'un amplificateur dont la sortie alimente ledit composant électrique, le gain à la sortie de cet amplificateur étant plus fort sur l'entrée reliée à la sortie du premier bloc logique que sur l'entrée reliée à la sortie du second bloc logique. 80/ Dispositif conforme à la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les voies d'alimentation forte et faible du composant électrique passent par au moins un transistor dont le courant de collecteur est fort pour une voie, faible pour l'autre. 9 / Dispositif conforme à la revendication 8 caractérisé en ce que le composant à alimenter est monté directement dans le circuit de collecteur dau moins ce dit twansistor.