Brevet FR2297514A1 — publié le 19760806

La présente invention concerne un procéda d'exploitation d'un sélecteur de tension pour commande du couplage d'appareils électriques utilisables sur des réseaux à courant continu ou alternatif de tension différente et dans lequel des bascules électroniques sont alimentées par la tension proportionnelle d'un diviseur relié a la tension de service et dont la sortie commande des dispositifs de couplage, en particulier des résistances de chauffage de véhicules de chemin de fer. On connaît déja divers sélecteurs de tension pour la comeutation de résistances de chauffage en fonction de la tension sur le fil de contact, dans les voitures circulant sur des lignes internationales par exemple. De tels sélecteurs de tension mesurent la tension sur la ligne de chauffage principale ou le fil de contact puis, en liaison avec un commutateur de plage sans tension et des contacteurs haute tension, produisent un couplage des appareils en aval correspondant la tension de chauffage disponible. Au lieu d'une mesure directe de la tension sur le fil de contact ou la ligne de chauffage, on préfère généralement prélever une tension proportionnelle sur un diviseur de tension. Cette tension est appliquée a des éléments discriminateurs d'amplitude, qui commandent les contacteurs de couplage. Dans un dispositif connu, deux potentiomètres d'ajustage en parallèle, équipés de curseurs multiples, prélèvent des tensions continues proportionnelles a la tension croissante ou décroissante, puis les appliquent à des éléments de mémoire à tension échelonnée, qui colcan- dent les contacteurs de couplage par l'intermédiaire d'opérateurs logiques et temporels (brevet de la République fédérale dgAllemagne nO 1 438 759). Le cotit des composants, y compris des transmetteurs et des potentiometres d'ajustage spéciaux, est important. Dans un autre dispositif connu, le transmetteur est supprime et un simple diviseur de tension, relié la ligne de chauffage, délivre des tensions proportionnelles continues ou alternatives, selon la tension appliquée. Des diodes et des éléments RC à fonction temporelle et de filtrage transmettent les tensions ainsi obtenues aux divers déclencheurs affectés aux domaines de couplage. Dans des circuits artificiels spéciaux, où une alternance est déformée quand une tension alternative est appliquée, les diodes et résistances font varier les valeurs d'enclenchement et de déclenchement des tensions alternatives par rapport aux tensions continues. L'accord des déclencheurs individuellement et entre eux n'est pas tres facile.En outre, les condensateurs des éléments RC servant au filtrage sont utilisés simultanément pour la temporisation des déclencheurs au déclenchement, ce qui risque d'ën- traîner des difficultes de reglage. Les retards au déclenchement sont nécessaires pour protéger des déclencheurs contre les breves interruptions de tension produites par les soubresauts de l'archet de l'appareil de prise de tension Le compromis ne permet pas un reglage quelconque des temps de déclenchement. La sélection dans les procedés connus s'effectue généralement en fonction de la tension appliqué. Les surtensions et les manques de tension précites, souvent importants, risquent de produire des recoupements des amplitudes de tension dans divers réseaux ferroviaires, tels que le réseau 1000 V, 16 2/3 Hz et le reseau 1500v, 50 Hz ou même le réseau à tension continue de 1500 V. Les déclencheurs affectés aux niveaux de tension ne peuvent plus distinguer les domaines corrects avec certitude. Pour les utilisations inductives, de plus en plus fréquentes, il est toutefois essentiel de savoir-si le couplage s'effectue pour une tension de 16 2/3 Hz, de 50 Hz ou même continue. L'invention a pour objet de permettre un couplage sur meme d'utilisations inductives, indépendamment des recoupements des tensions du reseau produits par les tolérances de tension. Le couplage doit être effectué en toute sécurité, sous une tension du réseau croissante ou décroissante. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la tension proportionnelle délivrée par le diviseur est appliquée divers étages de sélection en fonction des fréquences possibles, y compris la fréquence nulle, c'est-à-dire la tension continue, puis la fréquence déterminée commande les dispositifs de -couplage. Il est ainsi possible, simplement et independamment des tolérances de tension, de distinguer avec preci- sion les diverses fréquences de traction, y compris la frequence nulle, et de toujours obtenir un couplage correct.Pour la mise en oeuvre du procédé, et selon une autre caractéristique de l'invention, les étages de sélection des tensions alternatives sont constitués par des circuits oscillants accordés en frequence et l'étage de sélection de la fréquence nulle est un élément RC; et chaque étage de sélection est relie à un des étages de déclenchement à tension de réponse échelonnée, dont le nombre est égal à celui des tensions possibles dans la gamme de fréquences. Dans un sélecteur pour les quatre tensions de traction usuelles, et selon une autre caractéristique de l'invention, le diviseur de tension est relie à un circuit oscillant à 16 2/3 Hz et à un circuit oscillant à 50 Hz, comportant chacun en aval un étage de déclenchement pour les plages de tension alternative de 1000 ou 1500 V, ainsi qu'à un élément PC avec des etages de déclenchement à tension de réponse étalonnée pour les plages de tension continue de 1500 ou 3000 V. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et du dessin annexé, sur lequel la figure unique représente le schéma synoptique d'un sélecteur de tension pour le couplage des résistances de chauffage dans des voitures de voyageurs. Il va de soi que l'invention ne se limite toutefois pas à cette application. La résistance 1 d'un diviseur de tension 1/2 est reliée à la ligne de chauffage du train et sa résistance 2 à la terre de la voiture. La tension prélevée sur le point de connexion 3 par rapport à la terre de la voiture est proportionnelle à la tension instantanée du conducteur de chauffage. Cette tension est de 1000 V, 16 2/3 Hz, 1500 V, 50 Hz, 1500 V= ou 3000 v selon le réseau ferroviaire. Ces valeurs sont des grandeurs nominales qui, selon les données effectives, admettent des tolérances importantes, dépassant souvent +30 %, notamment dans les réseaux à tension continue. Les tensions proportionnelles continues ou alternatives sont transmises du point de connexion 3 à des étages de sélection 4, 5 et 6. L'étage de sélection 4 est constitué par un circuit résonnant ou oscillant, accordé à 16 2/3 Hz, et sert de critère pour la tension alternative de 1000 V à cette fréquence. L'étage de sélection 5 est constitué par un circuit oscillant accordé à 50 Hz et permet de distinguer la tension alternative de 1500 V appliquee d'une tension continue de même valeur. L'étage de sélection 6 est un élément RC qui ne répond qu a une tension continue. Les étages de sélection 4 et 5 ne réagissent pas dans ce cas, ctest-a-dire pour une fréquence nulle. Des déclencheurs 7, 8, 9, 10 sont montés en aval des étages de sélection. Le déclencheur 7 bascule en cas de réponse de l'étage de sélection 4 et le déclencheur 8 en cas de réponse de 1 'étage de sélection 5. Pour une tension alternative, le condensateur de l'élément RC court-circuite l'étage 6 de sélection d'une tension continue.Les déclencheurs 9 et 10 ont des valeurs de réponse différentes, c'est-à-dire qu'apres l'identification d'une tension continue par l'étage de sélection 6, seul le déclencheur 9 bascule pour le niveau de tension continue de 1500 V ou les deux déclencheurs 9 et 10 basculent pour le niveau de tension continue de 3000 V. Des opérateurs temporels séparés 11 à 14 sont reliés aux sorties des déclencheurs 7 à 10. Ils assurent le retard au déclenchement, c'est-à-dire qu'ils maintiennent les transistors 15, 16, 17, 18 en aval dans l'état passant pendant un certain temps, même quand la tension de la ligne de chauffage présente de brèves interruptions, par suite des soubresauts de l'archet de l'appa- reil de prise de courant du train ou de la voiture.Les opérateurs temporels, réglables séparément et indépendamment, sont utilisés de préférence sous forme de modules intégrés. Les transistors 15 à 18, en montage à base commune, connectent des relais de sortie 19 à 22 à un fil sous la tension d'alimentation, Les enroulements des relais de sortie 19 à 22 sont reliés d'une part aux collecteurs des transistors correspondants 15 à 18 et d'autre part à la tension d'alimentation sur le fil 23, par les contacts de repos 20a, 21a, 22a des étages de tension plus élevée. Les émetteurs des transistors 15 à 18 sont reliés à la masse. Un déclencheur 24 est relié à l'étage de sélection 6 et réglé à une surtension maximale; il agit sur un transistor additionnel 25, inséré dans le circuit d'alimentation (fil 23) et qui coupe l'ensemble du dispositif quand la valeur maximale est atteinte, soit par exemple une tension continue de 3900 v. Un réenclenchement se produit quand la tension tombe à 3700 V par exemple.L'alimentation en tension des relais de sortie 19 à 22 par le fil 23 passe en outre par le contact de repos 26a d'un relais de sécurité 26, commandé par un déclencheur de sécurité 27. Ce dernier fonctionne quand la tension sur un point de mesure défini 28 dépasse 1300 V par exemple; le point 28 se trouve dans un diviseur de tension relié à une prise 29 (1000 V) du circuit couplé des résistances de chauffage. Le point de mesure 28 est utilisable indifferemment pour une tension continue ou alternative, grâce à une réalisation particulière des résistances du diviseur et à un circuit de diodes. Une tension au point de mesure 28 dépassant 3000 V indique un couplage erroné. Le déclencheur de sécurité 27 bascule et fait enclencher le relais de sécurité 26 par le transistor 30. Le contact de repos 26a coupe la tension d'alimentation du fil 23, de sorte que les relais de sortie 19 à 22 déclenchent. Les contacts de repos 20a, 21a, 22a de ces relais passent alors dans la position de disponibilité 3000 V. Le relais de sécurité 26 se maintient par le contact de travail 26b. Seule une brève coupure de la batterie permet de ramener le sélecteur en position de travail. L'alimentation en tension des relais de sortie 19 a 22, portés au potentiel haute tension est assurée par une batterie 31 et un convertisseur de tension continue, constitué par un onduleur 32, un transformateur séparateur 33 et un redresseur 34, ce dernier étant relie au fil 23. Il en résulte une séparation de potentiel entre la batterie et le sélecteur sous haute tension. L'alimentation en tension du dispositif de couplage avec mécanisme de commutation à moteur 35 s'effectue par contre directement par la batteire 31, à un potentiel basse tension. Le dispositif de couplage comporte les contacts de couplage 19b, c; 20b, c; 21b, c et 22b des relais de sortie 19 à 22. Le mécanisme connecte par ses contacts la tension de batterie aux contacteurs de chauffage, par un fil 36. Un opérateur temporel 40 relie ce dernier à un relais 41, dont le contact de repos 41a est inséré dans le fil 36 aboutissant aux contacteurs de chauffage. Un contact de travail 41b commute la tension sur le fil 36, pour la protection du circuit surveillé (niveau 1000 V).Chaque fois que la commutation met le fil 36 sous tension, l'opérateur temporel 40 bascule et le contacteur de chauffage du circuit surveillé (niveau 1000 V) est brièvement mis sous tension, que le thermostat de chauffage du compartiment ait été branché ou non. La tension est mesurée au point 28, de la façon précédemment décrite. La résistance 2 du diviseur est en parallele avec un photocoupleur 37. Ce dernier fait partie d'un automatisme de coupure de la batterie d'alimentation 31. Le photocoupleur 37 délivre un signal de sortie uniquement quand une tension est appliquée à la ligne de chauffage et par suite à la résistance 2 du diviseur: le déclencheur de coupure 38 bascule alors et actionne le relais 39. Le contact de travail 39a connecte l'onduleur 32 à la batterie 31. Un couplage est inutile en cas de défaillance de la tension sur la ligne de chauffage, c'est-à-dire que l'onduleur 32 n'exige aucune tension d'alimentation pour les relais de sortie 19 à 22; il déclenche lors de l'ouverture du contact de travail 39a.Ce dernier connecte en outre la batteire 31 à l'onduleur 32 du convertisseur de tension continue des que le photocoupleur 37 constate une tension sur la ligne de chauffage. Le mécanisme de commutation se trouve d'abord sur la position 3000 V. Lorsqu'une tension alternative 50 Hz par exemple est appliquée au diviseur de tension 1/2 l'étage de sélection 5 fonctionne et le relais de sortie 20 ouvre le contact 20a. La fréquence de 50 Hz ne peut correspondre qu'à la plage de 1500 V, de sorte que le contact de travail 20b se ferme et le contact de repos 20c s'ouvre. Le moteur 35 du mécanisme de commutation passe de la position de tension continue 3000 V à la position de tension alternative 1500 V et le fil 36 applique une tension aux contacteurs de chauffage dès que le moteur a atteint la position commandée.Le relais 41 est alimenté simultanément par l'ope- rateur temporel 40, de sorte que seul le contacteur de chauffage du circuit surveille peut être branché après le couplage. Le déclencheur de sécurité 27 contrôle la tension apparaissant au point de mesure 28 et coupe le cas échéant l'ensemble du dispositif de chauffage. Les autres contacteurs peuvent être branchés après le retard au déclenchement de 11 opérateur temporel 40,dans la mesure où l'étage de sécurité 27 n'a pas fonctionne. Le sélecteur de tension selon l'invention permet le couplage simple et sur1 même d'utilisations inductives. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Procédé d'exploitation d'un sélecteur de tension pour commande du couplage d'appareils électriques utilisables sur des réseaux à courant continu ou alternatif de tension différente, et dans lequel des bascules electroniques sont alimentées par la tension proportionnelle d'un diviseur relié à la tension de service et dont la sortie commande des dispositifs de couplage, en particulier des résistances de chauffage de vehicules de chemin de fer, ledit procédé étant caractérisé en ce que la tension proportionnelle délivrée par le diviseur est appliquée à divers étages de sélection en fonction des fréquences possibles, y compris la fréquence nulle, c'est-à-dire la tension continue, puis la frequence déterminée commande les dispositifs de couplage. 2. Sélecteur de tension pour la mise en oeuvre du procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que les étages de sélection des tensions alternatives sont constitués par des circuits oscillants accordés en fréquence et l'étage de sélection de la fréquence nulle est un élément PC; et chaque étage de sélection est relié à un des étages de déclenchement à tension de réponse échelonnée, dont le nombre est égal à celui des tensions possibles dans la gamme de fréquence. 3. Sélecteur de tension selon une dés revendications 1 et 2, destiné aux quatre tensions usuelles des réseaux de traction et caractérisé en ce que le diviseur de tension est relié à un circuit oscillant à 16 2/3 Hz et à un circuit oscillant à 50 Hz, comportant chacun en aval un étage de déclenchement pour les plages de tension alternative de 1000 ou 1500 V, ainsi qu'à un element RC avec des étages de déclenchement à tension de réponse échelonnée pour les plages de tension continue de 1500 ou 3000 V. 4. Sélecteur de tension selon revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les sorties des étages de déclenchement sont reliees respectivement par des opérateurs temporels aux entres de commande d'etages transistorisés, qui commutent la tension d'alimentation des enroulements des relais de sortie correspondants. 5. Sélecteur de tension selon revendication 4, caractérisé en ce que les enroulements des relais de sortie sont reliés d'un côté à l'étage transistorisé correspondant et de l'autre coté à la tension d'alimentation, après leur connexion par les contacts de repos des étages de tension supérieure. 6. Sélecteur de tension selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par un dispositif de surveillance de surtension, dans lequel l'élément RC est relié à un déclencheur, réglé à une valeur maximale et qui, lors du dépassement de son seuil, commande directement un transistor inséré dans le circuit d'alimentation de tous les relais de sortie, branches en parallele par les contacts de repos. 7. Sélecteur de tension selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par un déclencheur de sécurité qui, dans le cas d'une tension trop élevée sur un point de mesure défini d'une prise dans le circuit couplé, alimente un relais de sécurité, dont le contact de repos est inséré dans le circuit d'alimentation commun des enroulements de tous les relais de sortie. 8. Sélecteur de tension selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le diviseur de tension est relié à un photocoupleur, dont la sortie alimente un relais de coupure, par l'intermediaire d'un déclencheur, et branche la batterie d'alimentation du sélecteur uniquement quand le diviseur de tension est sous tension. 9. Sélecteur de tension selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la batterie et la masse du véhicule sont séparées du potentiel haute tension du sélecteur par un convertisseur de tension continue à transformateur.