Brevet FR2468130A1 — publié le 19810430

La présente invention concerne un dispositif de sécurité pour la détection d'un défaut d'isolement electrique sur une machine alimentée avec un neutre isolé ou avec un neutre à la terre non reliée à la masse de la machine. De façon plus précise, la présente invention concerne un dispositif du type défini ci-dessus, qui permet d'interrompre l'alimentation électrique de la machine electri- que lorsque l'on détecte un défaut d'isolement électrique sur cette machine, la machine col,lportant une masse mécanique. On sait que lors de l'utilisation de machines électriques qui peuvent être du type industriel ou du type domestique, l'un des problèmes est la détection et la protection de défauts d'isolement électrique. Cela constitue en effet un élément important de sécurité pour l'utilisateur de cette machine, en particulier lorsqu'il s'agit d'une machine domestique et que l'utilisateur est peu averti des dangers des machines électriques. D'une manière générale, lors de l'utilisation de telles machines, il est très souhaitable de pouvoir détecter un défaut d'isolement de cette machine et d'assurer la protection de l'utilisateur par interruption de l'alimentation électrique de la machine et déclenchement éventuel d'un signal d'alarme indiquant la présence de ce défaut et subsidiairement, la protection de cette machine en vue du maintien de son intégrité. On connait déjà des dispositics de ce type, par exemple celui qui est décrit et revendiqué dans la demande de brevet français nO 75 03653 qui concerne un dispositif comprenant un circuit de surveillance maintenu en permanence sous une tension continue fournie par le secondaire d'un transformateur dont le primaire est branché sur le circuit d'alimentation de la machine et qui est caractérisé en ce que cette tension est appliquée aux bornes d'un relais qui coupe la puissance sur la machine dès qu'il est attaqué par le courant de base d'un transistor équipé de façon à devenir conducteur dès qu'une différence de potentiel apparait aux bornes d'une résistance de grande valeur montée entre le circuit de base et le circuit émetteur, cette resistance étant calculée de façon que le courant de base soit pratiquement égal au courant de court-circuit, le transistor polarisé devenant conducteur et le restant aussi longtemps que dure le court-circuit. Selon d'autres perfectionnements apportés à cette invention, il est prévu l'adjonction de potentiomètres de réglage montés en parallèle par rapport à la résistance de grande valeur qui permet de régler le seuil de déclenchement de ce dispositif de sécurité. Un tel dispositif, tout en assurant déjà une bonne sécurité, présente cependant un certain nombre de défauts. D'une part, il ne prend en compte que les défauts d'isolement sur les conducteurs de pnase dans le cas d'une alimentation polyphasée. Or, le conducteur du neutre constitue en fait également un conducteur actif et un défaut d'isolement sur ce conducteur,n'est pas pris en compte. En outre, un tel dispositif lorsqu'on veut l'in~ troduire dans un conteneur de dimensions réduites, pose un problème quant à son type d'alimentation électrique. En d'autres termes, cette alimentation utilise un transformateur qu'il est très difficile, et de toute manière coûteux,de placer dans un boîtier de volume réduit en vue d'applications domestiques. On connaît d'autres dispositifs pour effectuer ce type de détection qui présentent également 1 'inconvénient d'être compliqués et d'un coût relativement élevé et de nécessiter une alimentation électrique pour les différents composants par transformateur qui rend l'intégration dans un boitier de ce dispositif délicate. Compte tenu de cet état de la technique, l'inn- tion concerne un dispositif de sécurité du type défini cidessus qui pallie les inconvénients rappelés précédemment. Un premier objet de l'invention est de réaliser un dispositif de sécurité pour la détection d'un défaut d'isolement électrique sur une machine alimentée avec un neutre isolé et sur une installation avec neutre à la terre ot la masse machine électrique n'est pas reliée à la terre qui n'utilise que les composants simples et donc peu onéreux, tout en présentant une grande fiabilité. Un deuxième objet de l'invention est de fournir un dispositif du type défini précédemment qui utilise pour les composants semi-conducteurs constitutifs, une alimentation électrique originale permettant de limiter l'encombrement de ce dispositif et facilitant ainsi son intégration dans un boitier. Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif du type défini précedemment dans lequel on trouve un pont redresseur à diode qui sert d'une part à créer un des points de référence de potentiel pour effectuer la détection du défaut et d'autre part, à assurer l'alimentation électrique des composants du circuit afin de diminuer le nombre de composants mis en oeuvre et de réduire le volume nécessaire à la mise en place de ces composants. Ces résultats sont obtenus grâce au dispositif objet de l'invention. Le dispositif de sécurité pour la détection d'un défaut d'isolement électrique se caractérise en ce qu'il comprend : - un pont redresseur à diodes raccordé audit fil de phase et audit fil de neutre pour son alimentation, - une résistance montée entre ladite masse et une des bornes de sortie dudit point, - un premier transistor dont la base est raccordée à l'une des bornes de ladite résistance et dont l'émetteur est raccordé à la deuxième borne de ladite résistance, et - un enroulement de commande d'un relais apte à ouvrir le circuit d'alimentation de ladite machine, ledit enroulement étant raccordé d'une part au collecteur dudit prer.lier transistor et d'autre part, à la deuxième borne dudit pont redresseur. On voit donc que d'une part le circuit est très simple et ne nécessite qu'un nombre très limité de ccmposants. On voit également que le même pont redresseur a diodes sert d'une part à réaliser l'alimentation électrique du circuit de détection et d'autre part, à définir un des deux points de référence de potentiel entre lesquels est monté le dispositif de détection, le deuxième point de référence étant constitué par la borne de masse de la machine électrique à protéger. Selon le mode de réalisation perfectionné, le dispositif comprend un deuxième transistor dont la base est reliée au collecteur du premier transistor, dont le collecteur est relié audit enroulement et dont l'émetteur est relié à l'une des bornes de sortie dudit pont redresseur. De toute façon, l'invention sera nieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté - Sur la figure 1, un schéma montrant un mode simplifié de réalisation du dispositif objet de l'invention et - Sur la figure 2, un schéma montrant un mode perfectionné de réalisation du dispositif objet de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un mode simplifié de réalisation du dispositif objet de l'invention. Sur cette figure, on a représenté la machine électrique 2 à protéger et son circuit d'alimentation électrique constitué par le fil de neutre isolé 4 et le fil de phase 6. On trouve donc les bornes correspondantes B1 de neutre et B2 de phase. La machine électrique 2 comporte également une borne B3 de masse mécanique. Le dispositif selon l'invention proprement dit porte la référence 10. Ce dispositif comprend une résistance 12 dont une borne est reliée par l'intermédiaire d'une diode 14 à la masse B3 de la machine électrique 2 et dont l'autre borne est reliée à un pont redresseur portant la référence générale 16. Ce pont redresseur 16 dont les deux entrées alternatives sont reliées respectivement aux bornes B1 et B2 joue, comme cela a déjà été indiqué, à la fois le rôle d'alimentation électrique pour le dispositif de détection et le rôle de création d'un des points de référence de potentiel nécessaire au fonctionnement du dispositif. Le deuxième point de référence de potentiel est constitué par la borne de masse mécanique B3 de la machine électrique 2. On trouve également un transistor de type classique 18 dont la base est reliée à la borne 12a de la résistance 12 par l'intermédiaire de la résistance 20 et dont l'émetteur est relié d'une part à la borne 12b de la résistance 12 et d'autre part à la sortie négative du pont redresseur 16. Le collecteur du transistor 18 est relié à l'entrée de l'enroulement 22 dont la sortie est reliée à la borne de sortie positive du pont redresseur 16. L'enroulement 22 commande un ensemble de contact A1, A2 à mémoire mécanique pour ledit dispositif 10, capable d'interrompre l'alimentation électrique de la machine 2. Le fonctionnement de ce mode de réalisation simplifié de l'invention découle de la description précédente. Si l'isolement de la machine 2 est supérieur au seuil fixé par la valeur de la résistance 12, le transistor 18 est bloqué. L'enroulement 22 du relais est donc au repos, les contacts A1 et A2 sont fermés. L'alimentation électrique de la machine 2 est donc assurée. Si l'isolement de la machine 2 devient inférieur au seuil fixé par la résistance 12, le courant circulant entre la masse B3 et l'alimentation constituée par le pont 16 sature le transistor 18. L'enroulement 22 est alors alimenté et on a ouverture des contacts A1 et A2. L'alimentation de la machine électrique 2 est interrompue. On obtient donc ainsi une protection de la machine 2 lorsque la résistance d'isolement de cette machine devient défaillante. Sur la figure 2, on a représenté un mode perfec tionné 10' de réalisation du dispositif 10 objet de l'inven tion. Sur cette figure, on a repris avec les mêmes indices les éléments communs aux deux modes de mise en oeuvre de l'invention. Dans ce mode de réalisation, la résistance 12 qui porte la référence 12', est constitué par un potentiomètre qui permet ainsi de régler le seuil de déclenchement du dispositif. La modification essentielle par rapport au dispositif de la figure 1, consiste dans le fait que l'on trouve un deuxième transistor portant la référence 24 qui est associé au transistor 18. La base de ce transistor est reliée au collecteur du transistor 18 par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation 26 et on trouve également une résistance de polarisation 28.L'émetteur du transistor 24 est également relié à la sortie négative du pont redresseur 16, alors que son collecteur est relié à l'enroulement 22 par l'intermédiaire de préférence d'une diode électroluminescente 30. Cette diode 30 constitue un signal d'alarme en cas de défaut d'isolement électrique de la machine 2. En outre, on trouve en parallèle avec le relais 22 une diode 32. Selon ce mode de réalisation perfectionné, on trouve une diode Zener 34 entre la sortie de l'enroulement 22 et l'entrée positive du pont redresseur 16 pour limiter dans l'enroulement 22 le courant d'alimentation. On trouve enfin en parallèle avec l'enroulement 22 et le transistor 24 entre les deux bornes d'alimentation une capacité 36 et une résistance 38 qui linéarisent la tension redressée. Enfin, on trouve entre la base du transistor 18 et le collecteur du transistor 24, une ligne électrique comportant la résistance de mémorisation 40 et un contact à commande manuelle 42. Lorsque la valeur du seuil de déclenchement a été réglée par le potentiomètre 12', le fonctionnement du dispositif perfectionné est le suivant : si l'isolement de la machine électrique 2 est supérieur au seuil fixé par le potentiomètre 12', le transistor 18 est bloqué. Le transistor 24 est saturé et l'enroulement 22 est dans un état qui correspond au fait que les contacts A1 et A2 sont fermés, c'est-à-dire que la machine électrique 2 est alimentée. Si au contraire, l'isolement de la machine 2 devient inférieur au seuil fixé par le potentiomètre 12', le courant circulant entre la masse B3 et le pont redresseur 16, alimente le transistor 18 qui se sature. De ce fait, le courant de base du transistor 24 est annulé et ce transistor se bloque entrai- nant la modification du courant circulant dans l'enroulement 22 et l'ouverture des contacts A1 et A2. L'alimentation électrique de la machine 2 est donc interrompue. Une mémorisation électronique de l'état d'isolement de la machine 2 se fait par l'intermédiaire de la résistance 40. Pour annuler cette mémorisation et établir à nouveau l'alimentation élec- trique de la machine 2 lorsque le défaut d'isolement a disparu, on agit sur le bouton poussoir 42 pour supprimer cette mémorisation. On voit donc que selon ce mode perfectionné de réalisation du dispositif objet de l'invention, la commande du relais d'interruption de l'alimentation électrique se fait en deux temps par l'intermédiaire des transistors 18 et 24. Cependant, le circuit reste encore très simple. Cependant, le mode de réalisation perfectionné représenté sur la figure 2, ne constitue nullement une définition limitative de l'invention. On pourrait utiliser par exemple un amplificateur opérationnel pour l'amplification du signal de défaut à la place du transistor 18 et on pourrait utiliser un organe statique de coupure de l'alimentation électrique (lignes 4 et 6), cet élément statique pouvant consister en un thyristor ou en un triac. De même, le bouton poussoir 42 peut être suuprimé. Dans ce cas, l'annulation de la mémorisation de l'isolement électrique de la machine se ferait alors par la coupure volontaire de l'alimentation électrique en B1 et B2. De meme comme dans le cas de la figure 1, le potentiomètre 12' peut être remplacé par une résistance fixe, le seuil de déclen chement -étant alors immuable. I1 découle de la description qui précède que le dispositif objet de l'invention permet effectivement d'as surer une protection de la machine électrique vis-à-vis d'un défaut d'isolement. En outre, ce dispositif ayant une structure très simple et n'utilisant pas de composants volumineux (en particulier, on n'utilise aucun transformateur même pour l'alimentation électrique), le circuit peut s'intégrer aisément dans un boîtier muni de bornes qui peut être aisément interposé entre la machine à protéger 2 et les bornes d'alimentation électrique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de sécurité pour la détection d'un défaut d'isolement électrique sur une machine comportant une masse machine, ladite machine comportant une alimentation électrique avec au moins un neutre non relié à la masse de la machine électrique, ledit dispositif se caractérisant en ce qu'il comprend - un pont redresseur à diodes raccordé audit fil de phase et audit neutre pour son alimentation, - une résistance montée entre ladite masse et une des bornes de sortie dudit pont, - un premier transistor dont la base est raccordée à l'une des bornes de ladite résistance et dont l'emet- teur est raccordé à la deuxième borne de ladite résistance, et - un enroulement de commande d'un relais apte à ouvrir le circuit d'alimentation de ladite machine, ledit enroulement étant raccordé d'une part au collecteur dudit premier transistor et d'autre part à la deuxième borne dudit pont redresseur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce qu'on interpose entre une borne dudit enroulement et la borne associée de sortie dudit pont redresseur une diode Zener. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième transistor dont la base est reliée au collecteur du premier transistor, dont le collecteur est relié audit enroulement et dont l'émetteur est relié à l'une des bornes de sortie dudit pont redresseur 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur opérationnel dont l'entrée est reliée au collecteur dudit premier transistor et dont la sortie est reliée audit enroulement.