Brevet FR2485284A1 — publié le 19811224

Description Domaine Technique La présente invention concerne un circuit de détection de courant de défaut dont le seuil de détection est auto- ajustable et qui en conséquence convient bien pour la pro- tection de machines. Par exemple, dans un système d'alimentation de puissance qui fournit un courant pour alimenter une charge, une condition de défaut dans la charge fait qu'un supplément de courant que l'on peut appeler courant de défaut est tiré de l'alimenta- tion. Ce courant supplémentaire provoque des court-circuits qui étant des défauts supplémentaires font encore augmenter le courant de défaut. Art Antérieur En conséquence, il est nécessaire d'inclure à la sortie de l'alimentation de puissance, un dispositif de protection qui empêche-le courant de défaut d'augmenter afin qu'il n'attei- gne pas la limite pour laquelle la somme des courants de charge et de défaut est égale au courant maximum que peut four- nir l'alimentation. Généralement, pour les alimentations de puissance délivrant un courant supérieur à 20 ampères, on utilise un disjoncteur qui déclenche.à partir d'un seuil fixe. Cette solution ne peut-pas s'appliquer dans une machine o la charge à alimenter n'est pas toujours la même et dépend de l'utilisateur. Par exemple dans un système de télétraite- ment comprenant un contrôleur de communication dont un type d'architecture est décrit dans la figure 1 de la demande de brevet. européen pub-\iée sous le numéro 0005722, un bloc d'alimentation de puissance est utilisé pour un ou plusieurs adaptateurs de lignes. En conséquence, suivant la configura- tion du réseau, c'est-à-dire suivant le nombre de terminaux, la charge du blcc d'alimentation varie dans des proportions importantes allant de 1 à 4. Dans ces conditions, la protection ne peut pas être assurée de façon satisfaisante pour toutes les configurations du réseau. Une solution à ce problème consiste à mesurer le courant de charge à l'installation de la machine et à régler manuelle- ment le point de déclenchement du disjoncteur. Mais ceci complique les procédures d'installation et amène une source d'erreur humaine supplémentaire et en conséquence n'est guère satisfaisant. Les seuils de détection peuvent aussi être réglés automa- tiquement par programme comme décrit dans la publication IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol.20, No.9, February 1978, page 3589. Cette possibilité ne peut bien entendu être utilisée que dans des machines comprenant des microprocesseurs et complique aussi, dans de telles machines, les procédures de mise en fonction, puisqu'il faut en plus de toutes les opérations généralement nécessaires, se préocuper des valeurs limites à choisir, les charger en mémoire, ce qui en consequen- ce nécessite une intervention de l'installateur. Brève Description de l'invention En conséquence, un objet de la présente invention est de réaliser un circuit de détection de courant de défaut à seuil auto-ajustable pour assurer la protection de machines à configuration évolutive. Conformément à l'invention, le circuit de détection comprend des moyens pour générer une première tension proportionnelle au courant fourni par l'alimentation et des moyens qui fonctionnent pendant une période d'initialisation pour générer une seconde tension égale à la valeur initiale de la première tension et dériver de cette seconde tension une tension de seuil qui sera utilisée comme seuil de détection de courant en période de fonctionnement. Pendant la période d'initialisation la protection est assurée par un circuit de détection à seuil fixe, qui fonctionne avec une tension de référence. -- Grâce à ce circuit, le seuil de détection est réglé dès la fin de la période d'initialisation en fonction de la charge à alimenter et en conséquence il s adapte à chaque configura- tion de la machine. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit,- fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui re- présentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. Brève Description des Figures La figure 1 représente schématiquement une installation d'alimentation d'une machine explicitant le problème à résoudre. La figure 2 représente le circuit de détection à seuil auto- ajustable conforme à la présente invention. La figure 3 représente un diagramme des temps des tensions en certains points du circuit de la figure 2. La figure 4 représente un graphique permettant de faire la comparaison entre les protections assurées par le circuit de la présente invention et les circuits de l'art antérieur. La figure 1 illustre de façon très schématique le problème à résoudre par le circuit de la présente invention. Une alimen- tation de puissance 1 délivrant une tension fixe, fournit un courant IS à une charge utile, qui peut être constituée par tout ou partie d'une machine. La charge est représentee par une résistance RL qui tire un courant de charge IL. Lorsqu'il se produit certaines conditions de défaut dans la charge, par exemple, claquage d'une capacité ou cort-circuit, un courant supplémentaire de défaut schématisé par IF sur la figure est tiré de l'alimentation. La chaleur dissipée par 4- suite de ce courant supplémentaire peut provoquer des conditions- de pannes qui feront encore augmenter ce courant IF, jusqu'à ce que IL + IF = IS IS étant le courant maximum que peut fournir l'alimentation. Afin de limiter IF, il faut placer dans le circuit un cir- cuit de protection 2 qui disjoncte pour un courant de seuil. Dans une installation o la charge peut varier suivant la configuration de la machine, et o le courant IS maximum est élevé, on ne peut utiliser de circuit de protection à seuil fixe comme on va le démontrer. Dans le cas d'un bloc d'alimentation fournissant un courant de fonctionnement de 80-Ampères, on peut supposer que sui- vant la configuration de la machine installée, dans le cas d'un réseau de télétraitement, suivant le nombre des ter- minaux du réseau, le courant de charge peut varier entre 20 et 80 Ampères. En conséquence, si le bloc d'alimentation peut fournir un courant de sortie maximum de 100 Ampères, le courant de déclenchement doit être réglé à 100 Ampères en conséquence suivant la charge, le courant IF variera entre Ampères et 80 Ampères. Si un courant de défaut de 20 Ampères s'avère satisfaisant, dans le cas de la configuration maximum, IL=80A, un courant de défaut de 80 Ampères, dans le cas de la configuration minimum, provoquerait beaucoup trop de dégat pour être toléré. En conséquence, le circuit représenté sur la figure 2 permet d'assurer une protection adéquate quelque soit la configuration de la machine. Le circuit permet une initia- lisation automatique du seuil de détection, chaque fois que la machine est mise sous tension. Sur la figure 2 on a représenté schématiquement l'alimen- tation 1, et la charge ari.e L qui. -es éléments de la figure 1. Le cizcuiL de détectioni cànfo!a présente invention génère un signal de commande sur la ligne 3 pour arrêter l'alimentation dans le cas o une condition de défaut est détectée ce qui provoque l'arrêt de la machine. Une résistance RS est placée dans le circuit d'alimentation et un amplificateur différentiel 4 est placé aux bornes de cette résistance pour fournir en sortie une tension VS proportionnelle au courant IS, sans modifier ce courant de façon sensible. Cette tension VS est appliquée aux trois entrées +, de trois comparateurs 5, 6, 7. Un circuit logique comprenant une porte ET 8, un compteur 9, un convertisseur numérique/ analogique 10, fournit à la sortie du convertisseur 10, l'entrée au comparateur 6. Un pont de résistances R1, R2 est connecté entre la sortie du convertisseur 10, et la masse, le point commun des résistances R1 et R2 constitue l'entrée - du comparateur 5. Le circuit ET 8 a trois entrées, une première entree 11, reçoit un signal d'initialisation, une seconde entree 12 reçoit un signal d'horloge, et la troisième entrée 13 est connectée à la sortie du comparateur 5. La sortie du circuit 8 fournit le signal de commande au compteur 9. Le compteur 9 est remis à zéro par un signal sur la ligne 14. Le bus de sortie 15 du compteur est relié aux entrées du convertisseur numérique/analogique 10. Le comparateur 7 reçoit sur son entrée -, une tension de référence VR qui est fournie par un générateur 16o-Cette tension de référence VR est aussi utilisée par le conver- tisseur 10. Une porte ET 17 reçoit sur une de ses entrées la sortie du comparateur 6, et sur son autre entrée le signal d"initia- lisation inversé par l'inverseur 18. La sortie de la porte ET 17 est connectée à une entrée de la porte OU 19 dont l'autre entrée est reIiée 2 la sortie du comparateur 7 L" sortie de la portE condition de défaut est détectée. Tous les éléments du circuit sont classiques et couramment utilisés dans les dispositifs électroniques, en conséquence, ils ne seront pas décrits en détail. Le fonctionnement du dispositif de détection est le suivant. A la mise sous-tension, le courant IS et par suite la ten- 0 sion VS vont augmenter progressivement pour s'établir à la valeur nominale qui dépend de la configuration machine, schématisée par la charge RL. Cette tension VS est représen- tée schématiquement sur la figure 3. La tension VS est stabilisée au bout d'un temps TD, qui correspond à la période d'initialisation. Lorsque, la machine est mise sous-tension, le contenu du compteur est égal à zéro, car il avait été remis a -zéro au moment, de l'arrêt de la machine, en consé- quence la sortie du convertisseur 10 est égaie à zéro, de ce fait les tensions VD et.VC aux entrées - des comparateurs sont nulles. Lorsque VS devient différent de zéro pendant la période d'initialisation, les comparateurs 5 et 6 détectent cette condition. Le comparateur 5 fournit donc un signal de commande de comptage sur la ligne 13. Le signal sur la ligne 11, étant au niveau haut, la porte 8 est conditionnée et laisse passer les impulsions d'horloge qui sont appliquées au compteur 9 qui commence à compter. En consequence, la tension VD à la sortie du convertisseur augmente ainsi que la tension VC. Le rapport des résistances Rl et R2 est choisi pour que VD=1,2VC. En supposant que la fréquence des signaux d'horloge soit de kHz, et que la période d'initialisation soit de deux secondes, la tension VC sera égale à VS à la fin de la période d'initialisation si bien que la sortie du compa- rateur 5 devient nulle et la porte ET 8 ne laisse plus pas- ser les signaux d'horloge. Le contenu du compteur 9 est figé si bien que VC reste fixé à la valeur initiale de VS, et le courant de charge se trouve mémorisé. A la fin de la période d'initialisation TD, (figure 3), la porte ET 17 est conditionnée du fait que l'inverseur fournit un niveau logique haut. En conséquence lorsque la tension VS devient supérieure à la tension de seuil VD soit,lg2VS, par suite d'un défaut dans la machine, la porte ET 17 détecte cette condition et le signal de commande d'arrêt de l'alimen- tation est transmis par la porte OU 19. La tension de seuil qui est toujours égale à 1,2VS, est auto-ajustable suivant le courant de charge. Afin d'assurer la protection de la machine pendant la pé- riode d'initialisation o la porte ET 17 n'est pas condi- tionnée et o le seuil de détection n'est pas établi, on utilise un seuil fixe VR qui est fourni par le générateur de tension 16 à l'entrée - du comparateur 7o Dès que la tension VS dépasse ce seuil le comparateur 7 fourni un signal qui est transmis par la porte OU 19 et commande l'ouverture du circuit de protection 2. La condition VS (DEFAUT) = 1,2VC correspond à un courant de défaut IF = 0, 2IL, en effet VS (DEFAUT) = RL (IL+IF) = 1,2 RLIL donc IF = 0,2 IL Donc, lorsque la charge est minimum IL = 20A, IF est égal à 4 Ampères seulement et lorsque la charge est maximum, IL=80A, IF est égal à 16 Ampères, ce qui est acceptable du fait que IF reste inférieur à 20 Amperes. Le graphique de la figure 3 permet de faire une comparaison entre les protections assurées par le dispositif de la présente invention et un dispositif de détection à seuil fixe comme décrit en référence à la figure 1. Sur cette courbe le courant de défaut IF est représenté en fonction du courant de charge IL dans les deux cas, détecteur à seuil fixe courbe A, et détecteur à seuil variable de -la présente invention, courbe B. Pour un détecteur à seuil fixe on peut voir que le courant IF de défaut varie entre 80 Ampères et Ampères, tandis que pour le détecteur à seuil variable de la présente invention, il varie entre 4 et 16 Ampères. La zone hachurée au-dessus de la droite IF=20 Ampères étant une zone de protection inadéquate puisque le courant de défaut est toujours supérieur à 20 Ampères, ce qui est inacceptable, on voit que le dispositif de la présente invention permet d'assurer une protection pour toutes les valeurs du courant de charge IL comprises entre 20 et 80 Ampères, contrairement au dispositif de détection à seuil fixe. En outre, les éléments du circuit de la figure 2 sont des éléments. classiques facilement intégrables, donc on peut réaliser le détecteur sous forme'de circuits intégrés et ainsi obtenir-un dispositif très performant et qui ne tient que très peu de place. Bien que l'on ait décrit-dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques-essentielles de l'inven- tion appliquées à un mode de réalisation préféré de celle- ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qufil juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1. Circuit de détection de courant de défaut à seuil auto- réglable, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens (RS, 4) pour générer une première tension (VS) proportionnelle au courant dont la valeur de défaut est à détecter; des moyens (8, 9, 10, 5, R1l, R2) qui sont actifs pendant une période d'initialisation pour générer une seconde tension (VC) qui à la fin de la période d'initialisation est égale à la première et pour dériver de ladite seconde tension, une tension de seuil (VD) telle que VD = k VC, des premiers moyens (6, 17) pour comparer la tension de seuil et la première tension pour fournir après la période d'initialisation, une indication de détection de défaut. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des seconds moyens de comparaison (7) pour comparer la première tension et une tension de référence pour fournir une indication de détection de défaut pendant la période d'initialisation. 3. Circuit selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (18, 17) pour empêcher la génération de l'indication de détection de défaut par les-premiers moyens de comparaison pendant la période d'initialisation. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les moyens pour générer la seconde tension (VC) comprennent: un compteur (9) ayant une entrée de comptage et une entrée de remise à zéro, des moyens (12. 11i 8- pour oneaer à l'entrée de Comptage du compteur des impulsions d'horloge pendant la dur e de la période d'initialisation, des moyens (5) pour générer un signal de commande de comptage, un convertisseur numérique analogique (10) recevant en entrée (15) les signaux de sortie du compteur et fournissant en sortie la tension de seuil. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens pour générer la seconde tension (VC) compren- nent deux résistances (R1,. R2) disposées en série entre la sortie du convertisseur et une seconde tension de référence, la tension VC étant prise au point commun des résistances. - 6. Circuit selon la revendication 5 caractérisé en ce que les moyens pour générer le signal de commande de comptage comprennent des troisièmes moyens de comparaison (5), comparant-la première tension et la seconde tension (VC) et fournissant le signal de commande de comptage lorsque ladite seconde tension est inférieure à la première. 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une porte ET (8) ayant trois entrées la première (11) recevant un signal qui rend la porte active pendant la période d'initialisation et inactive pendant la période de fonctionnement, la seconde (12) recevant le signal d'horloge et la troisième (13) recevant le signal de commande de comptage; et une sortie connectée à l'entrée du compteur. 8. Circuit selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que les moyens pour erapêcher la génération de l'indication de défaut pendant la période d'initialisation comprennent une seconde porte ET (17) il ayant deux entrées; la première recevant un signal qui rend cette porte inactive pendant la période d'initiali= sation et active pendant la période de fonctionnement, la seconde entrée étant connectée à la sortie des premiers moyens de comparaison- (6); la sortie de ladite porte fournissant l'indication de détection de défaut pendant la période d'initialisation. 9. Circuit selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comprend une porte OU (19) ayant deux entrées, la première recevant l'indication de détection de défaut fournie par les seconds moyens de comparaison (7) et la seconde recevant l'indication fournie-par la seconde porte ET (17),. et générant en sortie (3) un signal de commande de l'arrêt de l'alimentation.