Brevet FR2502859A1 — publié le 19821001

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR COMMANDER UN CONTACTEUR STATIQUE ULTRA-RAPIDE POUR SOURCE ALTERNATIVE DE SECOURS. L'invention concerne un procédé et un dispositif pour commander un contacteur statique ultra-rapide pour source alternative de secours en vue de commuter une charge d'une première source électrique alternative normale sur une seconde source alternative de secours. Les contacteurs statiques sont déjà connus et utilisent des composants statiques semi-conducteurs tels que thyristor, transistor, triac, etc. Ces contacteurs statiques sont utilisés notamment pour assurer la commutation d'une charge d'une première source électrique alternative normale sur une seconde source alternative de secours. Les procédés et dispositifs connus de commande de ces contacteurs consistent soit à détecter des seuils minima ou maxima de tension ou de courant du signal d'entrée de manière que lorsque ces seuils sont atteints, le contacteur soit commandé pour opérer la commutation depuis la première source normale sur la seconde source de secours, soit à comparer en permanence la tension sinusoïdale d'entrée avec une tension de référence de manière que lorsque l'écart en trie les deux tensions dépasse en valeur absolue un seuil pré-fixé, le contacteur soit commandé pour opérer la commutation de la première source normale sur la seconde source de secours. Les procédés et les dispositifs connus ont l'avantage de permettre pour certains une très grande précision mais ce au prix de nombreux inconvénients notamment la complexité du dispositif de commande surtout de son réglage, donc son coût, les aléas de son fonctionnement. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé et un dispositif de commande d'un contacteur statique qui soit simple, donc peu couteux mais qui soit en même temps très rapide (temps de commutation d'une source sur l'autre de l'ordre de 200sec.). cet effet, l'invention propose un Procédé pour commander la comutation d'une chare d'une première source électrique alternative normale s u r u n e seconde source alternative de secours dans lequel on génère un signal dérivé réel qui est la dérivée réelle du signal généré par la première source normale, on génère ou on utilise un signal dérivé de référence ; on compare le signal dérivé réel et le signal dérivé de référence ; si l'écart entre les deux signaux dépasse une limite fixée, on commande la commutation de la charge de la première source électrique sur la seconde source électrique. Un dispositif de commande pour la mise en oeuvre du dispositif suivant l'invention comporte des moyens pour générer un signal dérivé réel, ayant comme fonction de gé nérer un signal qui soit la dérivée réelle du signal généré par la première source normale; des moyens pour générer un signal dérivé de référence ; des moyens pour effectuer la comparaison entre le signal dérivé reel et le signal dérivé de référence ; des moyens logiques de commande ayant comme fonction de commander le maintien de la charge sur l'une des sources ou au contraire commander le passage de charge d'une source sur l'autre. La présente invention a comme avantage essentiel d'être une mise en oeuvre facile et peu onéreuse, tout en permettant une grande rapidité. Les autres carac-téristiques de l'invention seront bien comprises grâce à la description qui suivra en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue schématique sous forme de bloc diagramme du dispositif suivant l'invention. La figure 2 est une vue schématique sous forme de diagramme d'une partie du dispositif suivant l'invention. La figure 3 illustre plusieurs courbes représentant les tensions de courant en divers points du dispositif suivant l'invention. Suivant l'invention il est proposé un procédé et un dispositif pour commander la commutation d'une charge (non représentée) d'une première source électrique alternative normale S1, sinusoïdale sur une seconde source electrique alternative de secours S2, sinusoi- dale, susceptibles de délivrer des signaux dits signaux d'entrée ou signaux réels respectivement sl, s2. Cette commutation est réalisée par un contacteur statique à éléments semi-conducteurs tels que thyristor, triac, transistor, etc, ne faisant pas en soi partie de l'invention qui concerne la cas mande de ce contacteur. Dans le procédé et dans le dispositif de commande de comme tation suivant l'invention, an génère un signal dérivé sdv qui est la dérivée réelle du signal réellement généré par la première source S1 soit sl et on utilise ou on gare un signal dérivé de référence sdt. On compare les signaux sdt et sdv. Si l'écart entre ces deux signaux dépasse une limite fixée, an commande la ca"utation de la charge de la source S1 à la source S2. En particulier, an effectue la différence entre le signal dérivé réel sdv et le signal dérivé de référence sdt ce qui constitue le signal d'écart se. On cawre le signal d'écart se à deux valeurs de référence supérieure et inférieure respectivement positive vrl et négative vr2. Si le signal d'écart se est inférieur à la valeur de réfé- rence supérieure vrl et supérieur à la valeur de référence inférieure vr2, on maintient la charge sur la première source S1 c'est-à-dire que l'an ne commande aucune commutation. L'écart entre sdt et sdv ne dépasse pas la limite fixée. Au contraire, si le signal se est supérieur à la valeur de référence vrl ou inférieur à la valeur de référence vr2, on commande la commutation de la charge depuis la premiere source S1 sur la seconde source S2, automatiquement car l'écart entre sdt et sdv dépasse la limite fixée. Préférentiellement, les deux valeurs de référence vrl et vr2 sont égales en valeur absolue et sont opposées, de tanière que vrl=V et vr2- V. On ccxrprend que le procédé selon l'invention est tel que l'on commande automatiquement la commutation depuis la source S1 sur la source S2 dès lors qu'il existe un écart suffisamment important - égal à V en valeur absolue - entre le signal dérivé réel sdv et le signal dérivé de référence sdt. On comprend que le fait de considérer l'écart existant entre les dérivées des signaux de référence et réel au lieu de l'écart existant entre les signaux de référence et réel eux-même, permet de tenir compte plus aisément et plus rapidement des variations du signal réel par rapport au signal de référence. Suivant l'invention on utilise un signal dérivé de référence sdt et à cet effet on génère ce signal en utilisant le signal sl provenant de la première source S1 ou le signal s2 provenant de la source S2 selon que la charge est associée à la source S1 ou S2. Suivant l'invention, on réalise le signal dérivé de référence sdt par exemple en déphasant de 900 le signal réelsl ou s2 (variation sinusoïdale du signal réel) et en éliminant les variations brutales du signal sl, s2 c'est- à-dire en "lissant" la courbe représentant la variation du signal sl, s2 dans le temps. Suivant l'invention, on génère le signal dérivé réel~sdv par exemple en générant deux signaux respectivement sebl et seb2 par échantillonnage blocage du signal réel d'entrée notamment sl, pendant des phases d'échantillonnage blocage diEstrnctes soit notamment les phases i et 2. Ensuite, on effectue la différence entre les deux signaux sebl et seb2. On obtient ainsi un signal qui représente la variation du signal d'entrée entre les phases al et job2, signal qui est assimilé au signal dérivé réel sdv. Les phases 1, 2 sont de fréquence aussi élevée que possible de manière à assurer la meilleure précision du signal dérivé réel. Préférentiellement, ces phases 1, 2 sont de même fréquence. Selon une variante possible, les phases 1 et 2 sont successives, la phase 0 2 commençant lorsque la phase 1 est terminée (figure 3). Cependant, selon une autre variante possibles les phases 1 et 2 sont séparées par une phase d'attente intermédiaire permettant d'obtenir des variations plus importantes de tension. Cette phase, qui n'est pas indispensable au fonctionnement, n'est pas représenté sur la figure 3. Une troisième phase appelée 3 est nécessaire pour traiter les informations délivrées par les deux échantillonneurs-bloqueurs qui sont, pendant l'état actif de 3, en période de blocage (voir figure 3). La phase 3 est exploitée par le dispositif de logique de commande : à l'état actif, elle valide l'information obtenue après comparaison des dérivées réelles et de référence. Le procédé de commutation qui vient d'être décrit permet donc de faire passer la charge de la première source S1 sur la seconde source S2. Le retour de la charge de la seconde source S2 sur la première source S1 est commandé automatiquement c'est-à-dire logiquement par exemple un certain temps après que l'on ait commandé la commutation de la première source S1 sur la seconde source S2 ou encore après que l'évenement ayant causé la perturbation de la premiére source S1 à l'origine de la commutation de la charge sur la seconde source S 2 ait disparu, ou encore de toute combinaison de ces éléments. On se réfère maintenant à la figure 1 qui illustre de façon schématique un dispositif de commande d'un contacteur statique ultra-rapide pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Les sources S1 et 52 sont représentées schématiquement. La source S1 est une source de fonctionnement normal permanent. Cette source est constituée par exemple par un onduleur synchronisé sur la source S2 et alimenté par un ensemble redresseur et batterie. La seconde source 52 est la source de fonctionnement temporaire et exceptionnelle. Elle est alors, par exemple un groupe électrogène de secours ou le réseau. Les sources Si, S2 peuvent être permutées.Avec un contacteur statique dont le temps de réponse est de l'ordre du centième de la période des sources alternatives, il faut que les sources soient synchrones. Le dispositif de commande selon l'invention comporte d'abord l'interface 1 qui est associée directement à la première source S1 et qui délivre à sa sortie 2 le signal sl. L'interface 1 peut, le cas échéant, remplir d'autres fonctions telles que notamment - Assurer l'isolement de la première source S1 - Fournir aux différents sous-ensemblasconstituant le dispositif les signaux nécessaires, ainsi qu'on le verra ultérieurement. Le dispositif selon l'invention comporte en second lieu et éventuellement l'interface 3 qui est associée à la seconde source S2 et joue, par rapport à la seconde source S2 les mêmes fonctions que l'interface 1 joue par rapport à la première source S1 : fourniture en sortie 4 de l'interface 3 du signal s2 si nécessaire, isolement de la source S2, fourniture aux autres sous-ensembles du dispositif des signaux nécessaires à leur fonctionnement. Le dispositif suivant l'invention comporte en troi sième lieu des moyens 5 pour générer un signal dérivé de référence sdt, sur lesquels on reviendra par la suite. Le dispositif suivant l'invention comporte en quatrième lieu des moyens 6 pour générer un signal dérivé réel sdv qui est la dérivée réelle du signal réel généré par la première source S1. L'entrée 7 des moyens 6 est donc associée à la sortie 2 de l'interface 1. Le dispositif selon l'invention comporte en cin quième lieu des moyens 8 pour comparer le signal dérivé réel sdr et le signal dérivé de référence sdt qui comportent d'une part des moyens 8a effectuant la différence entre les deux signaux sdv, sdt, qui constituent le signal d'écart se. Ces moyens 8 comportent donc deux entrées 9, 10 associées respectivement aux sorties 11, 12 des moyens 5, 6 où sont générés les signaux sdt et sdv. Les moyens 8 comprennent d'autre part des moyens 8b pour comparer le signal d'écart se à deux valeurs de référence VR1 et VR2. A cet effet, les moyens 8 comportent une entrée 13 pour les valeurs de référence VR1 et VR2. Les moyens 8 comportent une sortie 14 pour un signal de commande sc pouvant être appliqué à entrée 15 de moyens logiques de commande 16 comportant deux sorties respectivement 17, 18 de commande des sources S1, S2 en ce qui concerne l'alimentation de la charge. Le signal de commande sc généré par les moyens 8 indique le résultat de la comparaison entre le signal d'écart se et la valeur de référence VR1, VR2. Par exemple et non limitativement, le signai commande se est un signal binaire ayant la valeur 0 si le signal d'écart est compris entre les deux valeurs de référence VR1, VR2 et la valeur 1 si le signal d'écart est extérieur au segment défini par les deux valeurs de référence VR1, VR2. Les moyens logiques de commande 16 assurent donc la commande soit du maintien de la charge sur l'une des sources S1, S2, soit de la commutation sur l'autre source S1, S2. Ces moyens 16 assurent cette commande selon un programme logique interne qu'ils comportent en fonction du signal de commande se, éventuellement d'un signal d'inhibition sin ou de forçage sF et d'un signal provenant des moyens 6, via l'entrée 42 ainsi qu'il sera expliqué par la suite. Selon une variante possible d dispositif selon l'invention, il est prévu des moyens 19 tels que des moyens de protection délivrant en sortie 20 un signal d'inhibition sin appliqué à une entrée d'inhibition 21 et en sortie 26a un signal de forçage sF appliqué à une entrée de for çage 27a des moyens logiques de commande 16. Les moyens 19, facultatifs comportent par exemple deux entrées 22, 23 respectivement associées aux sorties 2, 4 des interfaces 1, 3. Préférentiellement, les moyens 5 pour générer en sortie Il le signal dérivé de référence sdt fonctionnent à partir d'un signal d'entrée qui est le signal de la source utilisée normalement S1. A cet effet, les moyens 5 comportent une entrée 25. On conçoit cependant que tout autre forme d'exécution des moyens 5 permettant de générer le signal dérivé de référence sdt, notamment indépendamment des signaux produits par les sources S1 et S2 ou toute combinaison de ces signaux entre aussi dans le cadre de l'invention. On comprend naturellement que les différentes formes d'éxécution des moyens 5, 6, 8, 16, 19 ainsi que les interfaces 1, 3 entrent dans le cadre de la présente invention, ces moyens utilisant pour leur alimentation les sources S1 ou 82 ou une source autonome propre. Sur la figure 2 on a représenté un mode d 'éxécu- tion possible mais non limitatif des moyens 6. Dans cette forme d'éxécution, les moyens 6 comportent un oscillateur 26 fonctionnant à partir dlune alimentation non représentée ayant trois sorties 27, 28 et 29. Les moyens 6 comprennent en deuxième lieu deux échantillonneurs bloqueurs 30, 31 notamment connus en soi ou non, dont les entrées de commande respectivement 32 et 33 sont associées et reliées aux sorties 27, 28 de l'oscilla teur 26, respectivement. Les échantillonneurs bloqueurs 30, 31 ont respectivement des entrées 34, 35 reliées en parallèle à la sortie 2 de l'interface 1, donc recevant simultanément le signal sl. Les moyens 6 comportent en troisième lieu des moyens de soustraction 36 ayant deux entrées 37, 38, respectivement plus et moins, reliées aux sorties 39, 40 des échantillonneurs bloqueurs notamment 30 et 31, où sont délivrés les signaux sebl et seb2. Les moyens 36 comportent une sortie qui est la sortie 12 des moyens 6 déjà indiquée précédemment. L'oscillateur 26 délivre sur les sorties 27, 28 et 29 des signaux carrés respectivement 1, 2, 3 comme illustré notamment schématiquement sur la figure 3. Les signaux carrés 1, 2, 3 ont préférentiellement la même fréquence. Préférentiellement, cette fréquence est élevée afin d'assurer une meilleure précision du dispositif. Par exemple, cette fréquence est de l'ordre de 5KHz. Les signaux 1, 2 ,3 sont décalés l'un par rapport à l'autre par exemple comme indiqué sur la figure 3 à savoir que simultanément le signal 1 passe de la valeur 1 à la valeur O et le signal 2 de la valeur 0 à la valeur 1, simultanément le signal 2 passe de la valeur 1 à la valeur 0 et le signal 3 de la valeur 0 à la valeur 1 et simultanément le signal 3 de la valeur 1 à la valeur 0 et le signal gî de la valeur 0 à la valeur 1.Dans cette forme d'éxécution, les signaux de commande des échantillonneurs bloqueurs 30, 31 sont donc successifs. Cependant, entre aussi dans le cadre de l'invention le cas ou les signaux de commande des échantillonneurs bloqueurs 30, 31 sont décalés l'un par rapport à l'autre. Ce dernier cas correspond par exemple à l'association de l'entrée 32 et de la sortie 27, de l'en- trée 33 et de la sortie 29, les signaux 2 et 3 étant donc permutés ou au cas où l'on introduit une autre phase intermédiaire d'attente entre 1 et 2.Sur la figure 3, on a représenté également schématiquement respectivement en trait plein et en tiretés les courbes illustrant les signaux en sorties des échantillonneurs bloqueurs 30, 31 notamment la courbe A en trait plein, illustrant le signal sebl en sortie 39 de l'échantillonneur-bloqueur 30 et la courbe B, en pointillés illustrant le signal seb2 en sortie 40 de l'é- chantillonneur-bloqueur 31. La courbe C en trait plein illustrée également sur la figure 3 illustre le signal dérivé de référence sdt obtenu par soustraction des signaux sebl et seb2 illustrés par les courbes A et B. La courbe D représentée en pointillés sur la figure 3 illustre le signal dérivé de référence sdt. La sortie 29 de l'oscillateur 26, est destinée notamment à être associée à une entrée de commande 42 des moyens logiques de commande 16 notamment de validation du signal de commande se. Le but de cette entrée de commande 42 est de permettre aux moyens logiques de commande 16 d'être actifs pendant la phase où le signal 3 est égal à 1, c'est-à-dire immédiatement après que l'on ait effectué une soustraction des signaux en sortie des échantillonneurs bloqueurs 30, 31. Les moyens logiques de commande 16 délivrent donc en sortie 17, 18 des signaux de commande destinés à commuter la charge sur l'une des sources disponibles. Les moyens logiques de cowende 16 sont donc, comme indiaun précédemment associés aux entrées 15, 21, à l'entrée de commande 42. Le dispositif qui vient d'être décrit peut permettre également le retour sur la source S1 après la commutation sur la source S2. A cet effet, le dispositif qui vient d'être décrit peut être conçu pour la source S2 de la même manière que pour la source S1 ou encore les moyens logiques de commande 16 peuvent comporter des circuits de temporisation, de comptage, de mémoire, etc. Dans tout le texte, on entend par signal dérivé réel d'un signal généré, le signal qui varie en fonction du temps comme la dérivée par rapport au temps de la fonction qu'est le signal généré par rapport au temps. REVENDICATIONS 1. Procédé pour commander la commutation d'une charge d'une première source électrique alternative normale sur une source alternative de secours, caractérisé par le fait que l'on génère un signal dérivé réel sdv qui est la dérivée réelle du signal réel sl généré par la première source normale S1 ; on génère ou utilise un signal dérivé de référence sdt ; on compare le signal dérivé réel et le signal dérivé de référence ; si l'écart entre les deux signaux dépasse une limite fixée, on commande la commutation de la charge de la première source électrique sur la seconde source électrique. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que pour comparer le signal dérivé de référence, on effectue la différence entre le signal dérivé réel et le signal dérivé de référence, ce qui constitue le signal d'écart, on compare le signal d'écart à deux valeurs de référence, respectivement supérieure et inférieure. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que pour générer le signal dérivé de référence sdt, on utilise le signal réel d'entrée provenant de la première source S1. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait qu'on réalise un signal dérivé de référence sdt en effectuant un déphasage de 900 du signal réel d'entrée et en en éliminant ses variations brutales. 5. Procédé suivant l'une quelconques des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait qu'on génère le signal dérivé réel sdv en générant deux signaux sebl et seb2 par échantillonnage blocage du signal réel, pendant les phases d'échantillonnage blocage distinctes et on effectue la différence entre les deux signaux 6. Procédé suivant la revendication 5 caractérisé par le fait que les phases d'échantillonnage blocage sont suc cessives ou écartées l'une de l'autre par une phase intermédiaire. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait qu'on commande l'éventuelle commutation de la charge de la source S1 sur la source S2 pendant une phase de validation où les échantillonneurs bloqueurs sont en période de blocage et qu'ils ont généré les signaux sebl et seb2. 8. Dispositif pour commander la commutation d'une charge d'une première source électrique alternative normale S1 sur une seconde source alternative de secours S2, pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens 6 pour générer un signal dérivé sdv, ayant comme fonction de générer un signal qui soit la dérivée réel le du signal réel généré par la première source S1 ; des moyens 5 pour générer un signal dérivé de référence sdt des moyens 8 pour effectuer la comparaison entre les signaux sdv et sdt, placés en sortie des moyens 5, 6 ; des moyens logiques de commande 16 placés en sortie des moyens 8, ayant comme fonction de commander le maintien de la charge sur l'une des sources S1, S2 ou au contraire de commander le passage de la charge d'une source S1, S2 sur l'autre source S2 ou S1. 9. Dispositif suivant la revendication 8 caractérisé par le fait que les moyens 8 comprennent des moyens 8a pour effectuer la différence entre les signaux sdv et sdt, cette différence constituant un signal d'écart se et des moyens 8b pour comparer ce signal d'écart se à deux valeurs de référence VR1 et VR2. 10, Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait que les moyens pour générer un signal dérivé de référence sdt 5, sont associés par leur entrée 25 à la sortie 2 associée à la source S1. 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de protection 19 associés par des entrées 22, 23 aux sorties 2, 4, les sorties 20, 26a des moyens 19 étant associées à des entrées 21, 27a des moyens logiques de commande 16. 12. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10 caractérisé par le fait que les moyens 6 comprennent un oscillateur 26 ayant deux sorties 27, 28 associés aux entrées de commande 32, 33 de deux échantillonneurs bloqueurs 30, 31 dont les entrées 34, 35 sont associées à la sortie 2, les sorties 39, 40 des échantillonneurs bloqueurs 30, 31 étant associées aux entrées 37, 38 respectivement plus et moins des moyens de soustraction 36, l'oscillateur 26 comportant une troisième sortie 29 associée à une entrée de commande 42 des moyens logiques de commande 16. 13. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 à 13 caractérisé par le fait que l'oscillateur 26 délivre sur les sorties 27, 28, 29 des signaux 1, 2, 03, carrés, de même fréquence, successifs.