Brevet FR2348080A1 — publié le 19771110

La présente invention a pour objet un montage pour l'élimination des perturbations qui peuvent affecter un dispositif électronique de protection contre le patinage pour véhicules, en particulier pour véhicules sur rails, et qui sont provoquées par des impédances perturbatrices apparaissant entre les conducteurs d'alimentation et/ou de commande de ce dispositif électronique de protection, ou encore entre des récepteurs qui y sont étrangers et qui sont raccordés à une batterie du véhicule, et la masse de ce véhicule, ledit dispositif électronique de protection contre le patinage incluant comme éléments constituants au moins un bloc redresseur, une unité électronique d'exploitation des données, un bloc d'alimentation sous tension stabilisée et un amplificateur final. Le dispositif électronique de protection contre le patinage est, ainsi que d'autres récepteurs, alimenté à partir d'une batterie du véhicule qui est normalement isolée électriquement par rapport à la masse de ce véhicule. La batterie est elle-mtme alimentée par l'intermédiaire de dispositifs de charge (commandés par thyristors) à partir de la haute tension dans le cas d'éléments automoteurs électriques, ou de génératrices spéciales d'essieu dans le cas des autres véhicules. Entre les conducteurs d'alimentation et de commande du dispositif électronique de protection contre le patinage et la masse du véhicule, on peut admettre dans le schéma équivalent la présenc-e d'impédances perturbatrices localisées, lesquelles résultent des capacités réparties des conducteurs ainsi que des ré- sistances d'isolement de ces mêmes conducteurs. Ces impédances sont en règle générale constituées par un groupement parallèle de résistences d'isolement Ris1 et de capacités de couplage Cx des conducteurs concernés. La capacité de couplage est exclusivement déterminée par le mode de réalisation des câbles ainsi que par leur disposition à bord du véhicule, et elle demeure approximativement constante pendant la durée de service de ce véhicule. La résistence d'isolement Ri8 peut, toutefois, et ainsi que l'a montré l'enseignement de la pratique, prendre n'importe quelle valeur comprise entre 0 et l'infini sous l'effet dtin- filtratiouedthumidité, de défauts affectant des récepteurs étrangers ( convertisseurs de tension, éclairage du véhicule, armoire de commande du chauffage, etc. ) ainsi que d'une installation déficiente, et risque ainsi de provoquer des incidents de fonctionnement ou même la destruction du dispositif électronique de protection contre le patinage. La présente invention se donne en conséquence pour but de concevoir un montage du genre précité, et grâce auquel une destruction ou l'apparition d'un incident de fonctionnement du dispositif électronique de protection contre le patinage mirt pratiquement évitées lorsqu'apparaissent des impédances perturbatrices de faible valeur entre ce dispositif électronique de protection, ou encore entre des récepteurs étrangers à ce dispositif et raccordés à la batterie du véhicule, et la masse de ce véhicule, un tel montage devant par ailleurs rester simple et peu coûteux. Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce au fait que l'un au moins des éléments constituants du dispositif électronique de protection est galvaniquement séparé des conducteurs d'alimentation et/ou de commande. Selon une autre caractéristique de l'invention, le bloc d'alimentation est raccordé par l'intermédiaire d'une première séparation galvanique à l'unité électronique d'exploitation des données, tandis que celle-ci est elle-mEme raccordée par l'intermédiaire d'une seconde séparation galvanique à l'amplificateur final. Selon une autre caractéristique encore de l'invention, la première séparation galvanique est constituée par un convertisseur de tension incluant un transformateur. Selon une autre caractéristique encore de l'invention, la seconde séparation galvanique est constituée par un coupleur optique, par un transformateur ou encore par un relais du type "Reed". Selon une autre caractetistique encore de l'invention et dans le cas où le dispositif électronique de protection inclut un circuit d'adaptation du signal de la génératrice comme élément constituant supplémentaire, le bloc redresseur est raccordé par l'intermédiaire d'une troisième séparation galvanique à ce circuit d'adaptation. Selon une dernière caractéristique enfin de l'invention, cette troisième séparation galvanique peut titre constituée par un amplificateur stabilisé par découpeur. L'invention sera à présent expliquée plus en détail à propos de quelques formes de réalisation, données à simple titre d'exemples illustratif s, et avec références aux dessins ci-annexés, dans lesquels La Figure 1 reproduit le schéma de principe d'un dispositif électronique de protection contre le patinage pour véhicules d'un type connu; la Figure 2 illustre un dispositif électronique de protection contre le patinage incluant une séparation galvanique pour l'ensemble de l'électronique constituante; la Figure 3 illustre un dispositif électronique de protection contre le patinage incluant une séparation galvanique, conformément à une première forme de réalisation de l'invention;; et la Figure 4 illustre un dispositif électronique de protection contre le patinage incluant une séparation galvanique, conformément à une autre forme de réalisation de l'invention. Sur la Figure 1 des dessins annexés est représenté le schéma de principe d'un dispositif électronique de protection contre le patinage pour véhicules d'un type connu dans l'état de la technique. Ce dispositif électronique de protection t est constitué d'un montage série atun certain nombre de sous-ensexble, à savoir un bloc redresseur 2, un circuit d'adaptation du signal de la génératrice 3, une unité électronique d'exploitation des données 4, un amplificateur final 5, et un transistor d'étage final 6. L'unité électronique 4 et éventuellement l'amplificateur 5 sont alimentés en énergie par une batterie 10 du véhicule, oeoi par l'intermédiaire d'un bloc d'alimentation sous tension stabilisée 7. Une génératrice d'essieu 8, dont la tension de sortie est proportionnelle à la vitesse de rotation de l'essieu contrôlé, est reliée par l'intermédiaire de conducteurs de commande 11 et 12 au bloc redresseur 2. Une soupape électromagnétique 9 est reliée, par l'in termédiaire de conducteurs 13 et 14 > à une entrée du bloc d'alitentation 7 ainsi qu'au transistor de l'étage final 6. L'unité lectronique d'exploitation des données 4 est reliée par l'inter médiaire d'un conducteur 17 et d'un contacteur 19 à l'un des polies de la batterie 10 du véhicule, auquel est également relié le bloc d'alimentation 7 par l'intersédiaire du conducteur 15. Les sous-ensembles constituant le dispositif sont enfin raccordés par l'intermédiaire d'un conducteur 16 à l'autre p8le -de la batterie du véhicule. Les conducteurs 11 à 17 sont d'autre part reliés en des points de référence A à G à la masse 18 du véhicule par l'intermédiaire de résistances d'isolement Ris et de capacités de couplage Cx représentées sous la forme d'impédances pertur batrices localisées Z1 à Z7. Dans les impédances Z5 et Z6 peuvent être considérés comme inclus également d'autres récep teurs (convertisseurs de tension , armoire de commande de chauffage, etc.) raccordis à la batterie 10 du véhicule. Dans le cas d'éléments automoteurs électriques, de voitures-restaurants, etc., pourvus de pantographes, il faut admettre l'existence d'un courant de retour par l'intermédiaire de la masse 18 du véhicule, courant dont l'intensité et la trépan tition sont soumises à de très importantes fluctuationsen cours de trajet en raison des fortes variations affectant les r6sis- tances de passage entre les roues et les rails. Ce courant de retour se traduit par des différences de potentiel perturbatricoe entre les points de référence A à G. Lorsque dans toutes les impédances Z1 à Z7 on peut admettre que la résistance d'isolement Ris est infinie, seules rescrit en présence les capacités de couplage Cx. En admettant pour des cibles tubés une valeur moyenne de 50 pr/i, les capacités de couplage ne peuvent excéder pour les longueurs actuelles de véhicules une valeur maximale de 1 à 1,5 nF,en sorte que le fonctionnement du dispositif de protection contre le patinage ntest pas appréciablement affecté par des sources perturbatriees dont le spectre de fréquences se situe entre O et 1 kHz.Dans le cas de sources perturbatrices d'une fréquence supérieure à 1 kHz, il se produit des perturbations dans l'unité électronique d'ex- ploitation des données grtce à un couplage par l'intermédiaire des conducteurs de la génératrice, lesquelles peuvent être éliminées gracie à l'interposition d'un filtre entre la génératrice tachymétrique 8 et le bloc redresseur 2. Dans le cas d'un défaut à la masse du pôle positif de la batterie (Z5 n O, ou Z3 = O), il ne se produit encore aucune perturbation lorsque les autres résistances d'isolement conservent une valeur suffisamment élevée.Dans le cas d'un défaut à la masse supplémentaire, on peut établir le tableau synoptique suivant de dérangements Défaut à la Conséquences de ce défaut : Observations masse Z6 - O Court circuit de la batterie 10 Z7 = O Frein électromagnétique ex cité en permanence Z4 = 0 - Destruction de l'é tage final non pro tégé contre les courts circuits Z2 5 0 Tension appliquée à l'unité Protection contre le électronique d'exploitation patinage pour UGen 4 = UBAT Z1 = O Tension sur l'unité élec- Hors service.En cas tronique d'exploitation 4 de défaut intermit tent, déclenchement de la protection contre le patinage. Du fait que la résistance d'isolement peut prendre des valeurs quelconques, il faut s'attendrie en conséquence à des paliers intermédiaires d'influences perturbatrices. Dans le cas d'un défaut à la masse affectant à présent le pole négatif de la batterie (Z6 = O), on obtient le tableau synoptique suivant de dérangements Défaut à la Conséquences de ce défaut :Observations masse Z5 = O Court circuit de la batterie Z7 = o 10 Court circuit de la batterie lors de l'excitation du frn électromagnétique Z4 = O Soupape électromagnétique 9 excitée en permanence Z3 = O Court circuit de la batterie 10 Z2 = 0 Diode court-circuitée dans Fonctionnement per le bloc redresseur 2 turbé du dispositif de protection contre le patinage Z1 = O Diode court-circuitée dans Fonctionnement per- le bloc redresseur 2 turbé du dispositif de protection contre le patinage Ici encore, on peut se trouver en présence de paliers intermédiaires quelconques. Les considérations ci-dessus permettent de se rendre compte que des défauts à la masse des connexions de la batterie (dans des boîtes de dérivation, ou par suite de défauts affectant des récepteurs supplémentaires, tels que le chauffage, l'armoire de commande de celui-ci, etc.) conduisent dans de nombreux cas et du fait des courants de retour qui circulent alors à travers l'électronique du dispositif de protection à la destruction des composants semi-conducteurs. Ceci résulte d'ailleurs également de la consultation des statistiques de défaillance des dispositifs électroniques de protection contre le patinage. La Figure 2 des dessins annexés représente le schéma d'un dispositif électronique de protection contre le patinage incluant une séparation galvanique de l'ensemble de l'électro- nique. Le dispositif de la Figure 2 coïncide pour 11 essentiel avec celui qui est représenté à la Figure 1. Toutefois, l'en- semble de l'électronique y compris l'amplificateur final 5 et du circuit de commande de la soupape électromagnétique 9 se trouve isolé de la batterie 10 du véhicule par une séparation galvanique. Cette séparation galvanique est en l'occurrence obtenue dans le bloc d'alimentation 7' coté sortie. il en résulte que le conducteur 13 est également raccordé à ce bloc d'alimentation 7' du coté sortie. Une telle séparation galvanique est habituellement obtenue dans les réseaux à tension alternative grace à des transformateurs d'isolement.Des défauts à la masse du côté de la batterie (Z5 = O ou Z6 = 0) ainsi qu'un défaut à la masse supplémentaire dans le câblage du dispositif de protection contre le patinage n'ont alors aucune influence sur le fonctionnement de ce dispositif de protection. Sous réserve que la capacité de couplage du transformateur d'énergie soit suffisamment réduite, sont également élimindes-leo perturbations de hautefréquence, en sorte qu'il est possible de renoncer à l'emploi d'un filtre. Pour la séparation galvanique de l'alimentation en courant, il n'est en principe possible de récourir qu'à des blocs d'alimentation à convertisseurs. Du fait que dans un tel mode de séparation galvanique la totalité de l'alimentation en énergie s'effectue par l'intermédiaire du convertisseur, il faut prévoir en particulier pour l'amplificateur final et le circuit de commande de la soupape électromagnétique 9 une puissance suffisamment importante. De ce fait, le transformateur doit être dimensionné assez largement, ce qui n'est guère admissible d'un point de vue économique. La Figure 3 des dessins annexés reproduit le schéma de principe d'un dispositif électronique de protection contre le patinage incluant une séparation galvanique, conformément à une première forme de réalisation de l'invention. La structure de base de ce dispositif de protection coïncide avec celle des Figures 1 et 2. Elle en diffère toutefois par le fait que le bloc d'alimentation 7W est raccordé à l'unité électronique d'exploitation des données 4 par l'intermédiaire d'une première séparation galvanique 20, et que cette unité électronique 4 est elle-m8me raccordée à l'amplificateur final 5" par l'interméai- aire d'une seconde séparation galvanique 21. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la première séparation galvanique 20 est constituée par un convertisseur de tension incluant un transformatdur. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la seconde séparation galvanique 21 se compose d'un coupleur optique, ou d'un transformateur, ou encore d'un relais de type "Reed". La tension stabilisée de sortie du bloo d'alimentation 7" est également fournie sous séparation galvanique à l'une té électronique d'exploitation 4, et le signal de sortie de cette unité électronique d'exploitation est transmis sous séparation galvanique à l'amplificateur final 5". La soupape lectrowagné- tique 9 et le transistor d'étage final 6 sont ainsi reliés galva uniquement à la batterie 10 du véhicule. La séparation galvanique 20 peut entre réalisée au moyen d'un petit transformateur, puisqu' il n'y a plus à transmettre que la faible puissance requise pour l'unité électronique d'exploitation. Cette puissance est de l'ordre de 1 Watt. La séparation galvanique 21 peut pareillement entre conçue pour une faible puissance, puisque il n'y a ici à transmettre que des impulsions de commande de puissance réduite. Ceci peut par exemple être obtenu par l'intermédiaire d'un relais de type "Reed" possédant des temps brefs dtenclenchement et de déclenchement.Pour le cas où Z5 = O, on obtient alors le tableau synoptique suivant de dérangements : Défaut à la Conséquences de ce défaut : Observations masse Z6 = 0 Court circuit de la batterie Z4 = 0 10 - Destruction de l'étage final non protégé contre les courts circuits Z3 = 0 Z2 = 0 Z1 = 0 Dans le cas où Z6 = 4 on obtient alors le tableau synoptique suivant de dérangements Défaut à la Conséquences de ce défaut :Observations masse Z5 = O Court circuit de la batterie 10 Z4 3 0 Soupape électromagnétique 9 Mise hors circuit du excitée en permanence dispositif de protection équipé d'une oarte de sécurité Z3 - O Court circuit de la batterie Z2 = O Z1 = 0 - Même enl'absence de filtres des dérangements ne peuvent plus Etre provoqués par des sources perturbatrices de fréquence élevée. La Figure 4 des dessins annexés représente le schéma d'un dispositif électronique de protection contre le patinage incluant une séparation galvanique, conformément à une autre forme de réalisation de l'invention. La structure générale de ce dispositif de protection contre le patinage coïncide avec celle des figures précédentes. Elle s'en différencie toutefois par le fait que le bloc redresseur 2 est isolé du circuit d'adaptation 3 par une troisième séparation galvanique 22. Des incidents de fonctionnement pour le cas où Z1 = O ou Z2 0, ainsi que des défauts provoqués par des sources perturbatrices de haute fréquence, ne peuvent plus se ma- nifester mOmeenl'absence de filtres.Bien que soit employée une génératrice à tension alternative pour le dispositif électronique de protection contre le patinage, une simple séparation galvanique au moyen d'un transformateur n'apportant aucune déformation importante de la caractéristique de cette génératrice du cdté de la séparation galvanique pose quelques problèmes, ceci du fait que des transformateurs à caractéristiques très linéaires sont d'une réalisation toujours coûteuse. Pour cette raison, et conformément à une caractéristique avantageuse de l'invention, il est proposé de réaliser cette séparation galvanique au moyen d'un amplificateur stabilisé par découpeur. La puissance qui doit être transmise dans un tel montage est également très réduite, en sorte qu'il est possible d'utiliser de petits transformateurs à noyau en ferrite.Il va de soi que la troisième séparation galvanique peut être réalisée non seulement entre le bloc redresseur 2 et le circuit d'adaptation 3, mais également entre la génératrice 8 et le bloc redresseur 2, ainsi qu'entre le circuit d'adaptation 3' et l'unité électronique d'exploitation 4. Il convient de souligner que, même dans le cas d'une séparation galvanique totale, des incidents de fonctionnement du dispositif électronique de protection contre le patinage peuvent toujours se manifester dans le cas où se produiraiènt deux ou plusieurs défauts à la masse à l'intérieur du système ainsi séparé. Même en admettant pour le cabrage du dispositif de protection contre le patinage le meme taux de défaillances que poule reste de l'installation, il pourra toujours fréquemment apparaître un défaut à la masse d'impédance suffisamment réduite entre la masse du véhicule et les bornes de la batterie en raison du grand nombre de récepteurs supplémentaires et d'équipements électriques. Le principe de base de la présente invention consiste ainsi à interrompre le circuit du courant de retour vers la batterie en un ou plusieurs emplacements du dispositif électronique. Il n'est par conséquent pas nécessaire de prévoir une séparation galvanique totale de l'ensemble de l'électronique pour la mise en oeuvre de l'invention. On remarquera encore en guise de conclusion que pour la réalisation de la séparation galvanique peuvent être employés des convertisseurs de tension bien connus (mEme équipés d'amplificateurs stabilisés par découpeurs), des coupleurs optiques, ou des relais de type "Reed", lesquels seront dimensionnés pour les faibles puissances requises correspondantes. R~EVENOICAIONS 1. Montage pour l'élimination des perturbations qui peuvent affecter un dispositif électronique de protection contre le patinage pour véhicules, en particulier pour véhicules sur rails, et qui sont provoquées par des impédances perturbatrices apparaissant entre les conducteurs d'alimentation et/ou de commande de ce dispositif électronique de protection, ou encore entre des récepteurs qui y sont étrangers et qui sont raccordés à une batterie du véhicule, et la masse de ce véhicule, ledit dispositif électronique de protection contre le patinage incluais comme éléments constituants au moins un bloc redresseur, une unité électronique d'exploitation des données, un bloc d'alimentation sous tension stabilisée et un amplificateur final, caractérisé par le fait que l'un au moins des éléments constituants du dispositif électronique de protection est galvaniquement séparé des conducteurs d'alimentation et/ou de commande. 2. Montage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bloc d'alimentation (7, 7', 7") est raccordé à l'uni té électronique d'exploitation (4) par l'intermédiaire d'une première séparation galvanique (20), et que cette unité électronique d'exploitation (4) est elle-même raccordée à l'amplifiea- teur final (5n) par l'intermédiaire d'une seconde séparation galvanique (21). 3. Montage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la première séparation galvanique (20) est constituée par un convertisseur de tension incluant un transformateur. 4. Montage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la seconde séparation galvanique (21) est constituée par un coupleur optique , par un transformateur, ou par un relais de type "Reed". 5. Montage selon l'une des revendications 1 ou 2, et dans lequel est prévu comme élément constituant supplémentaire un circuit d'adaptation du signal de la génératrice, caractérisé par le fait que le bloc redresseur (2) est raccordé à ce circuit d'adaptation par l'intermédiaire d'une troisième séparation galvanique (22). 6. Montage selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la troisième séparation galvanique (22) inclut un amplificateur stabilisé par découpeur.