Brevet FR2149273A1 — publié le 19730330

L'invention est relative à un dispositif de commutation entre une source d'énergie électrique et des moyens de jonction électrique qui présentent des bornes auxquelles une charge peut être branchée,lequel dspositif comprend des moyens interrupteurs entre la source d'énergie électrique et les moyens de jonction destinés à être fermés lors de la présence d'une charge aux bornes des susdits moyens de jonction. L'invention concerne, plus particulièrement, parce que c'est dans ce cas que son application semble devoir présenter le plus d'intérêt, mais non exclusivement,un dispositif de commutation automatique pour batterie électrique alimentant un convertisseur propre à transformer le courant continu de la batterie en courant alternatif, et à élever la tension, convertisseur utilisé notamment en camping pour fournir du courant alternatif sous la tension du réseau, 220 volts par exemple. On sait que, lorsque la source d'énergie électrique est éloignée du lieu d'utilisation de cette énergie, la commutation de la source d'4nergie électrique à partir du lieu d'utilisation est un problème gênant. On peut prévoir, sur le lieu d'utilisation, un comMutateur relié par conducteurs de liaison à la source d'énergie électrique, le commutateur permettantde connecter la source au cir-cuit d'utilisation ou de la déconnecter. Toutefois, cette solution exige la présence de conducteurs de liaison, encombrants et gê- nants, notamment dans le cas du camping. Si aucun commutateur n'est prévu, d'une part, la présence d'une tension élevée permanente aux bornes du circuit d'utilisation peut être dangereuse, d'autre part, dans le cas où la source d'énergie est constituée par une batterie, alimentant un convertisseur, même en l'absence de charge aux bornes du circuit d'utilisation, il y a consommation d'énergie par le convertisseur qui reste branché sur la batterie et cette dernière se décharge rapidement en pure perte. L'invention a pour but, surtout, de rendre tel le susdit dispositif de commutation, qu'il réponde mieux que jusqu'à ce jour aux diverses exigences de la pratique, et notamment tel qu'il ne présente plus, ou à un degré moindre, les inconvénients rappelés ci-dessus. Selon l'invention, un dispositif de commutation entre une source d'énergie électrique et des moyens de jonction électrique qui présentent des bornes auxquelles une charge peut être branchée, lequel dispositif comprend des moyens interrupteurs entre la sour ce d'énergie électrique et les moyens de jonction, destinés à être fermés lors de la présence d'une charge aux bornes des susdits moyens de jonction, est caractérisé par le fait quìil comporte des moyens auxiliaires d'alimentation électrique propres à être reliés, par des moyens de contact, aux moyens de jonction lorsque ces derniers sont coupés de la source d'énergie électrique, et des moyens détecteurs de seuil sensibles à l'intensité du courant électrique parcourant les moyens de jonction lorsqu' une charge est branchée, les susdits moyens détecteurs de seuil étant propres à commander, lorsque l'intensité du courant débité par les moyens auxiliaires d'alimentation atteint un seuil déterminé, la mise en service de la source d'énergie électrique par fermeture des susdits moyens interrupteurs, les susdits moyens de contact étant propres à basculer, lors de ladite mise en service, de manière à mettre hors circuit les moyens auxiliaires d'alimentation électrique. Selon une première réalisation, la source d'énergie électrique est constituée par une batterie électrique, les moyens de jonction comprennent un convertisseur propre à transformer la tension continue de la batterie en tension alternative plus élevée, et les moyens auxiliaires d'alimentation sont constitués par une pile électrique de capacité plus faible que la batterie. Selon une autre réalisation, la source d'énergie électrique est constituée par le réseau alternatif et les moyens auxiliaires d'alimentation comprennent un transformateur abaisseur de tension, dont le primaire est branché sur le réseau, et dont le secondaire est relié par les susdits moyens de contact aux moyens de jonction. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions qui s'utilisent,de préférence, en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après à propos de modes de réalisation préférés, qui vont être maintenant décrits de façon plus détaillée avec référence aux dessins ci-annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. La figure 1, de ces dessins, est le schéma d'un dispositif de commutation, conforme à l'invention, pour batterie et convertisseur. La figure 2 est le schéma d'un dispositif de commutation pour le réseau alternatif. La figure 3,enfin, reprend le schéma de la figure 1 complété par un schéma d'une réalisation des moyens détecteurs. En se reportant à la figure 1, on peut voir un dispositif de comxutation entre une source d'énergie électrique constituée par une batterie 1 et des moyens de jonction électrique J comprenant des conducteurs 2a, 2b. Ces conducteurs se terminent, d'un côté, par des bornes 3a, 3b, auxquelles une charge C, telle qu'un appareil Electro-ménager ou un moteur électrique par exemple, peut être branchée. Les moyens de jonction J, entre la batterie 1 et la charge C, comprennent également un convertisseur 4 propre à transformer le courant continu débité par la batterie 1 en courant alternatif, et à élever la tension sous laquelle est fourni ce courant alternatif. Par exemple, la batterie 1 débitera du courant continu sous une tension de 12 volts et le convertisseur fera apparaitre, entre les bornes 3a, 3b, une tension alternative dont la fréquence et l'amplitude seront égales à celle de la tension délivrée par le réseau, tension pour laquelle les appareils électro-ménagers ou autres sont généralement prévus. La tension alternative entre les bornes 3a, 3b sera, par exemple, de 220 volts, à une fréquence de 50 Hz. Le convertisseur 4est commandé par un oscillateur pilote 5. Le démarragedu convertisseur est lié à l'oscillation du pilote 5; en l'absence de ces oscillations, aucun courant n'est consommé par le convertisseur 4 qui, alors, ne fait pas apparaître de tension alternative aux bornes 3a, 3b. Des moyens interrupteurs, constitués par un contact travail r d'un relais électromagnétique, dont la bobine de commande est désignée par R, sont prévus entre la batterie 1 et l'oscillateur pilote 5. Le convertisseur 4 et sont oscillateur pilote 5 sont d'un type classique décrit par exemple dans "Le Transistor au Laboratoire et dans l'Industrie" par H. SCHREIBER EditionsRADIO, au chapitre 2 : "Les convertisseurs de courant continu". Le dispositif de commutation comporte des moyens auxiliaires d'alimentation constitués par une pile électrique 6, de capacité plus faible que celle de la batterie 1. Le pôle négatif de la pile 6 est relié, d'une part, à la borne d'alimentation négative 7a de moyens détecteurs de seuil 8 et, d'autre part, à l'extrémité 9a d'une résistance 9. Le pâle positif de la pile 6 est relié, en parallèle, à la borne d'alimentation positive 7b des moyens détecteurs de seuil 8, à une borne de la bobine de commande R et à une borne d'un indicateur de surcharge 10, constitué, par exemple, par un voyant lumineux, une alarme sonore ou un disjoncteur. Le pôle positif de la pile 6 est également relié à un plot repos dl d'un relais D électromagnétique dont la bobine de commande est branchée aux bornes de sortie 4a, 4b du convertisseur 4. Au repos, une lamelle lî du relais établit une liaison entre le plot d1 et la borne de sortie 4b du convertisseur 4. Le plot travail fl, associé à la lamelle lî est relié à la borne 9a de la résistance 9. Cette dernière est montée en série avec une résistance 10. Une lamelle l du relais D est reliée à une extrémité de la 2 résistance 10, tandis que le plot travail 2, associé à cette lamelle, est relié à l'autre extrémité de la résistance 10. Les moyens détecteurs de seuil 8 sont décrits en détail ci-après, avec référence à la figure 3, et sont propres à délivrer un signal de sortie si le signal d'entrée a une amplitude suffisante. Ces moyens détecteurs 8 ont deux entrées lla, llb, respectivement pour un signal continu et pour un signal alternatif. Ces entrées sont reliées respectivement à deux plots d3, 3 du relais D, associés à une lamelle 13 reliée à l'extrémité de la résistance 10 qui est reliée par le conducteur 2b à la borne 3b. Le contact repos s'établit entre d3, 13 Le signal appliqué à l'entrée des moyens détecteurs 8 entre d'une part,7a et,d'autre part,11a ou llb, est constitué par la chute de tension dans les résistances 9 et 10. Le fonctionnement du dispositif de commutation conforme à l'invention est le suivant. En l'absence de charge aux bornes 3a, 3b, le contact r est ouvert, l'oscillateur pilote 5 ne fonctionne pas et le convertisseur 4 ne consomme pas d'énergie. Le relais D est au repos et la tension qui règne entre les bornes 3a, 3b est égale à celle de la pile 6. Des qu'une charge C est branchée entre 3a et 3b, un courant circule dans cette charge C et les conducteurs 2a, 2b.Ce courant est fourni par la pile 6. L'intensité de ce courant est limitée par la valeur élevée appropriée de la résistance 10. La résistance 9 a une valeur plus faible. Ce faible courant est insuffisant pour exciter la bobine du relais D qui resté au repos. Si le courant débité atteint ou dépasse une valeur prédéterminée, à laquelle correspond une charge déterminée entre les bornes 3a, 3b, les moyens détecteurs de seuil 8 délivrent un signal à leur sortie qui excite la bobine R et ferme le contact r. L'oscillateur pilote 5 se met en marche et provoque le démarrage du convertisseur 4. Une tension alternative apparaît aux bornes de sortie du convertisseur 4 ; le relais D est excité et les contacts tra- vain, entre les lames 11 12 13 et les plots 11, f2, f3, s'é- tablissent alors que les contacts "repos" sont coupés. La pile 6 est mise hors-circuit, la résistance 10 est courtcircuitée. Le signal d'entrée des moyens détecteurs 8 est, maintenant, prélevé aux bornes de la seule résistance 9. En raison du basculement de la lame 13, ce signal alternatif attaque l'entrée alternative 11b des moyens détecteurs 8. Ce signal est démodulé par les moyens 8 et assure le maintien sous tension de la bobine R et le maintien de la fermeture du contact r, tant qu'une charge suffisante est présente entre les bornes de sortie 3a, 3b. Si cette charge devient trop faible ou si la charge est débranchée, la tension aux bornes de la résistance 9 devient inférieure à un seuil prédéterminé et les moyens détecteurs 8 ne délivrent plus de signal de sortie propre à exciter la bobine R. Le contact r va s'ouvrir et le circuit revient à l'état montré sur la figure 1. Si la charge devient trop forte, l'indicateur de surcharge 10 fonctionne. La valeur de la résistance 9 est choisie faible, de manière que la chute de tension provoquée par cette résistance soit inférieure à 0,5% de la tension nominale à la puissance maximale ; cette chute de tension peut, si nécessaire, être facilement réduite à 0,1% de la tension nominale. La figure 2 montre une réalisation du dispositif de commutation automatique dans le cas où la source d'énergie électrique est constituée par le réseau alternatif 1' de distribution d'é lectricité. Les éléments du circuit de la figure 2, identiques à des éléments de la figure 1, sont désignés par les mêmes références. Les moyens auxiliaires d'alimentation comprennent un transformateur T abaisseur de tension, dont le primaire p est branché sur le réseau en amont des moyens de fermeture r. L'enroulement secondaire 6', qui joue le rôle de la pile 6 de la figure 1, est branché entre le plot bl et ltextrémité 9a de la résistance 9. La tension aux bornes du secondaire 6' sera faible, par exemple égale à 24 volts, tandis que celle du réseau est généralement de 220 volts. On peut prévoir un deuxième enroulement secondaire s délivrant une basse tension alternative, qui est redressée et stabilisée par un dispositif redresseur stabilisateur 12 classique. La tension continue, délivrée par le redresseur 12, sert à l'alimentation des moyens détecteurs de seuil 8. Le fonctionnement du dispositif de commutation de la figure 2 est analogue à celui de la figure 1. En l'absence de charge entre les bornes 3a, 3b, les contacts r, prévus sur les deux conducteurs de liaison avec le réseau, sont ouverts. La tension aux bornes 3a, 3b est égale à celle aux bornes du secondaire 6'. Lorsque la charge branchée entre les bornes 3a, 3b est suffisante, les moyens détecteurs de seuil 8 provoquent l'excitation de la bobine R, la fermeture des contacts r et le basculement du relais D et de ses moyens de contact. Le secondaire 6' est mis hors circuit et les conducteurs 2a, 2b sont reliés au réseau. En se reportant à la figure 3, on peut voir un schéma de moyens détecteurs de seuil 8 combinés au dispositif de la figure 1. Les moyens détecteurs 8 montrés sont très simples mais leur utilisation est possible lorsque la valeur du seuil n'a pas besoin d'être très précise, ce qui est le cas notamment pour un convertisseur utilisé en camping. Les moyens détecteurs de seuil 8 comprennent un premier transistor Q1, par exemple un transistor n-p-n, dont le collecteur est relié par l'intermédiaire d'une résistance 12 et d'un contact travail r' du relais dont la bobine de commande est R, à la borne d'alimentation positive 7b. L'émetteur de ce transistor Q1 est relié par l'intermédiaire d'une résistance 13 à la borne d'alimentation négative 7a. ta polarisation de la base du transistor Q1 est assurée par des résistances 14 et 15 montées respectivement, d'une part, entre l'alimentation positive 7b, par l'intermédiaire du contact travail r', et la base de Q1 et, d'autre part, entre ladite base et la borne d'alimentation négative 7a. La base du transistor Q1 est, en outre, reliée par l'intermédiaire d'un condensateur 16 à l'entrée llb. Un deuxième transistor Q2, par exemple du type n-p-n, est prévu et a sa base reliée par une résistance 17 et une diode 18 au collecteur du transistor Q1 La diode 18 est propre à laisser passer le courant dans le sens qui va du collecteur de Q1 vers la base de Q2. Deux diodes en série 19 sont disposées entre la base du transistor Q2 et l'émetteur de ce dernier, les diodes 19 étant conductrices de la base vers l'émetteur dudit transistor. Ces diodes sont destinées à empêcher une polarisation trop forte du transi sa tor Q2 et servent de protection. La partie du circuit comprise entre la diode 18 et la résistance 17 est reliée, par l'intermédiaire d'un condensateur 20, à la borne d'alimentation négative 7a. L'emetteur du transistor Q2 est relié directement à ladite borne 7a. Le collecteur du transistor Q2 est relié, par l'intermédiaire de la bobine R, à la borne d'alimentation positive 7b. Une diode de protection g est prévue entre le collecteur du transistor Q2 et ladite borne 7b, la diode 21 étant conductrice du collecteur vers ladite borne 7b. L'armature du condensateur 20 reliée à la partie de circuit comprise entre la diode 18 et la résistance 17 est, en outre, reliée directement à l'entrée lita. Cette dernière est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 21 et d'une diode Zener 22 à la borne d'alimentation négative 7a. L'électrode de la diode Zener reliée à la résistance 21 est également reliée, par une résistance 23, à la base d'un transistor n-p-n Q3. L'émetteur de ce dernier transistor est relié directement à la borne 7a, tandis que le collecteur dudit transistor Q3 est reliés par l'intermédiaire de l'indicateur de surcharge 10 et du contact travail r', à la borne d'alimentation positive ib. D'après le schéma de la figure 3, il apparaît que le signal continu recueilli aux bornes de l'ensemble des résistances 9 et 10, lorsque la source d'alimentation auxiliaire débite un courant, est appliqué aux bornes du condensateur 20, c'est-à-dire, entre la base et l'émetteur du transistor Q2. Lorsque les relais ont basculé, comme expliqué précédemment, le signal alternatif recueilli aux bornes de la seule résistance 9, est appliqué, par l'intermédiaire du condensateur 16, entre la base et l'émetteur du transistor Q1 qui amplifie ce signal,lequel, après redressement par la diode 18, est appliqué aux bornes du condensateur 20. L'amplificateur constitué par le transistor Q1 permet de choisir la résistance 9 suffisamment petite pour que la chute de tension à ses bornes soit négligeable. Le fonctionnement des moyens détecteurs 8 de la figure 3 est le suivant. Lorsqu'aucune charge n'est branchée'entre les bornes 3a, 3b, ou lorsque cette charge est insuffisante, le transistor Q2 est bloqué, le relais R n'est pas excité et le relais D est au repos. Lorsqu'une charge suffisante est branchée aux bornes 3a, 3b, la tension continue recueillie aux bornes de l'ensemble des résistances 9 et 10, charge le condensateur 20 jusqu'à une tension pour laquelle le transistor Q2 devient conducteur. La bobine R est alors traversée par un courant suffisant et commande la fermeture des contacts r, r'. Le relais D est alors excité, comme expliqué précédemment, et la résistance 10 est court-circuitée. La tension aux bornes de la seule résistance 9 est alors appliquée sur l'entrée de l'amplificateur constitué par le transistor Q1 Le signal de sortie redressé de cet amplificateur est appliqué au transistor Q2 qui est maintenu conducteur aussi longtemps qu'un signal suffisant est appliqué à l'entrée de Q1, c'est-à-dire aussi longtemps qu'une charge suffisante est branchée aux bornes 3a, 3b.Le montage est stable. Si la charge devient trop importante, la tension aux bornes du condensateur 20 augmente. Lorsque cette tension devient supérieure à la tension de Zener de la diode 22, celle-ci laisse passer un courant et le transistor Q3 devient conducteur et permet à l'indicateur de surcharge constitué par le voyant 10 de s'allumer. Ce passage de l'état bloqué à l'état conducteur du transistor Q3 peut être utilisé, également, pour faire disjoncter l'ensemble de l'alimentation. On notera que le contact r' ne met en service les transistors Q1' Q3 que lorsqu'une charge suffisante est branchée aux bornes 3a, 3b d'utilisation. Les moyens détecteurs 8 de la figure 3 sont d'un faible prix de revient et ne consomment que peu de courant électrique. Le dispositif de commutation automatique conforme à l'invention est particulièrement avantageux dans le cas du convertisseur et de la batterie, puisqu'il permet de laisser le montage prêt au service sans décharge de la batterie. Dans tous les cas, le dispositif de commutation automatique peut constituer une sécurité, si le seuil d'intensité choisi pour que la commande du branchement de la source d'énergie se déclenche, est supérieur, par exemple, à l'intensité qui traverserait les conducteurs 2a, 2b dans le cas où la liaison entre les bornes 3a, 3b serait réalisée, de manière accidentelle, par un être humain, par exemple un enfant qui introduirait ses doigts dans une prise constituée par les bornes 3a, 3b. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiquels ; elle vise, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commutation entre une source d'énergie électrique et des moyens de jonction électrique qui présentent des bornes auxquelles une charge peut être branchée, lequel dispositif comprend des moyens interrupteurs entre la source d'énergie électrique et les moyens de jonction, destinés à être fermés lors de la présence dVune charge aux bornes des susdits moyens de jonction, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens auxiliaires d'alimentation électrique propres à être reliés, par des moyens de contact, aux moyens de jonction lorsque ces derniers sont coupés de la source d'énergie électrique, et des moyens détecteurs de seuil sensibles à l'intensité du courant électrique parcourant les moyens de jonction lorsqu'une charge est branchée, les susdits moyens détecteurs de seuil étant propres à commander, lorsque l'intensité du courant débité par les moyens auxiliaires d'alimentation atteint un seuil déterminé, la mise en service de la source d'énergie électrique par fermeture des susdits moyens interrupteurs, les susdits moyens de contact étant propres à basculer, lors de ladite mise en service, de manière à mettre hors circuit les moyens auxiliaires d'alimentation électrique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la source d'énergie électrique est constituée par une batterie électrique, que les moyens de jonction comprennent un convertisseur propre à transformer la tension continue de la batterie en tension alternative plus élevée, et que les moyens auxiliaires d'alimentation sont constitués par une pile électrique, de capacité plus faible que la batterie. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le convertisseur est commandé par un oscillateur pilote, et que les moyens interrupteurs sont disposés entre l'oscillateur et la batterie. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la source d'énergie électrique est constituée par le réseau alternatif, et que les moyens auxiliaires d'alimentation comprennent un transformateur abaisseur de tension dont le primaire est branché sur le réseau en amont des moyens interrupteurs, et dont le secondaire est relié par les susdits moyens de contact aux moyens de jonction. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de jonction compren nent des moyens de résistance propres à limiter l'intensité du courant débité par les moyens auxiliaires d'alimentation électrique, les susdits moyens de contact étant agencés de manière à courtcircuiter une partie au moins des moyens de résistance lors de la mise hors circuit des moyens auxiliaires d'alimentation électrique. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens auxiliaires d'alimentation électrique sont agencés de manière à délivrer du courant sous une tension inférieure à celle de la source d'énergie électrique. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens de résistance comprennent deux résistances électriques montées en série, dont l'une a une valeur supérieure à l'autre, les susdits moyens détecteurs de seuil prélevant un signal d'entrée aux bornes de ces résistances, et les moyens de contact étant propres à court-circuiter la plus forte résistance, en basculant lors de la mise en service de la source d'énergie électrique. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens interrupteurs et les moyens contact sont constitués, respectivement, par des relais électromagnétiques. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le relais électromagnétique constituant les moyens interrupteurs a sa bobine de commande branchée à la sortie des moyens détecteurs de seuil, et que le relais électromagnétique constituant les moyens de contact a sa bobine branchée à l'entrée des moyens de jonction. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens détecteurs de seuil sont agencés pour signaler une surcharge correspondant à un courant débité supérieur à une valeur prédéterminée. 11. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les moyens détecteurs de seuil comprennent un transistor monté de manière que le signal d'entrée soit appliqué entre sa base et son émetteur et que les moyens interrupteurs soient commandés par le courant de collecteur dudit transistor. 12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel les moyens auxiliaires d'alimentation délivrent une tension continue alors que la tension présente aux bornes des moyens de jonction lorsque les moyens interrupteurs sont fermés est alternative, caractérisé par le fait que les moyens détecteurs de seuil comportent une entrée pour un signal continu entre base et émetteur du susdit transistor et une entrée pour signal alternatif sur laquelle un amplificateur est branché, le signal de sortie de cet amplificateur, après redressement, étant appliqué au susdit transistor, le passage de l'entrée pour signal continu à l'entrée pour signal alternatif ou réciproquement étant commandé par les susdits moyens de contact.