Brevet FR2525386A1 — publié le 19831021

La présente invention concerne un dispositif de commutation de charges électriques de type résistif et selfique alimentées en courant alternatif. - Pour la commutation de charges électriques alimentées par un réeau électrique de distribution on utilise couramment des relais qui sont soit du type statique soit du type électromécanique. On applique à ces relais un courant de commande qui a pour effet de faire basculer le relais entre ses deux états de repos et de travail, dans lesquels il coupe et établit respectivement un circuit entre deux conducteurs dans lesquels circule le courant alternatif alimentant la charge. Chacun des types de relais précités présente des avantages et des inconvénients. Les relais statiques, c'està-dire à semi-conducteur, ont pour avantage qu'ils permettent un nombre de commutations élevé et qu'ils peuvent être synchronisés avec le passage par zéro du courant alternatif, en se désamorçant également lors du passage par zéro du courant Par contre ils ont pour inconvénient d'être sensibles à l'échauffement dû au seuil de tension des semiconducteurs. Les relais électromécaniques ont eux pour avantage d'être soumis à une faible élévation de température mais par contre ils n'assurent qu'un nombre de commutations assez faible en charge et par ailleurs ils contribuent à produire des parasites radioélectriques lors de la commutation des contacts. La présente invention vise à remédier à ces inconv6- nients grâce à une combinaison particulièrement simple permettant de tirer parti des seuls avantages des deux types de relais. A cet effet, ce dispositif de commutation de charges électriques de type résistif et selfique, alimentées en courant alternatif, est caractérisé en ce qu'il comprend deux relais branchés en parallèle dans le circuit.alimentant la charge, à savoir un relais statique à semi-conducteur de puissance et un relais électromécanique, un détecteur de passage du courant alternatif par zéro et un dispositif de commande électronique des deux relais lequel reçoit à ses entrées le signal de sortie du détecteur de passage par zéro ainsi qu'un signal de commande du type marche-arrêt, ce dispositif de commande électronique étant connecté aux deux relais de manière que, chaque fois que le signal de commande de marche-arrêt est modifié, pour indiquer un ordre de marche ou d'arrêt, le relais statique à semi-conducteur de puissance soit mis au travail et établisse ainsi un circuit en dérivation sur le contact du relais électromécanique uniquement pendant une courte période de temps s'étendant peu avant et peu après l'instant où a lieu la commutation effective du contact du relais électromécanique de sa position de repos à sa position de travail ou vice versa. Le dispositif suivant l'invention offre ainsi l'avantage que le changement d'état du relais électromécanique, que ce soit pour l'ouverture ou la fermeture de ce contact, s'effectue toujours alors que le relais statique à semi-con duc tueur de puissance a été préalablement rendu passant si bien que le contact mobile du relais électromécanique n'interrompt pas ou n'établit pas le courant de charge qui a été préalablement dérivé à travers le semi-conducteur de puissance. De ce fait, le dispositif suivant l'invention permet d'éviter la production de parasites dus à la charge et la formation d'une surtension aux bornes de la charge dans le cas où celle-ci est selfique. Le semi-conducteur de puissance doit être choisi en fonction de la demande ou du besoin de l'application: il peut être de deux types, thyristor ou triac. Il est maintenu à l'état passant pendant la plus courte période de temps possible car sans cela, du fait qu'il n'est pas refroidi par un dissipateur thermique, il s'échaufferait rapidement. Le contact électromécanique est assuré par un relais ou un contacteur qui n'a besoin d'aucun pouvoir de coupure car à chaque commutation de charge le courant se trouve être dérivé à travers le relais statique à semi-conducteur de puissance. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence audessin annexé sur lequel La figure 1 est un schéma synoptique d'une forme d'exécution d'un dispositif de commutation suivant l'invention. Les figures 2 et 3 sont des diagrammes de formes de signaux apparaissant en divers points du circuit du dispositif de commutation. Le dispositif de commutation suivant l'invention est branché entre deux bornes 1 et 2 dont l'une, la borne 1, est reliée au secteur tandis que l'autre, à savoir la borne 2, est connectée à une charge électrique du type résistif et/ou selfique alimentée en courant alternatif. Le dispositif de coamutation comporte essentiellement une alimentation stabilisée 3 et un détecteur 4 de passage du courant alternatif par zéro, lesquels sont reliés tous les deux à la borne 1 connectée au secteur. Le dispositif de commutation comprend par ailleurs un dispositif de commande électronique 5 qui commande d'une part un relais statique 6 à semi-conducteur de puissance et d'autre part un relais électromécanique 7. Ces deux relais 6 et 7 sont branchés en parallèle dans le circuit électrique 8 entre les bornes 1 et 2, c'est-à-dire dans le circuit d'alimentation de la charge électrique. Le dispositif de commande électronique 5 reçoit, à l'une de ses entrées, le signal de sortie du détecteur de passage par zéro 4. Ce détecteur reçoit à son entrée l'onde sinusoidale du courant du secteur fourni à la charge et qui est représentêe sur la ligne a de la figure 2. Il délivre à sa sortie un train d'impulsions be chacune de ces impulsions correspondant au passage du courant a par zéro. Le dispositif de commande blectronique 5 reçoit également à son entrée. un signal de commande marche~arret c, du type rectangulaire., à deux niveaux distincts m correspondant à la marthe et A correspondant à l'arrêt. Le dispositif de commande électro- nique 5 colporte, à son entrée, une porte ET 9 aux deux entrées de laquelle sont respectivement appliqués le signal de sortie b du détecteur de passage par zéro 4 et le signal de commande marche-arret c. Cette porte ET 9 est reliée à deux circuits 10 et 1 qui commandent respectivement le semi-conducteur de puissance 6 et le relais électromécanique 7, dans les conditions qui seront exposées ci-après. L'ensemble des étages composant le dispositif de commutation suivant l'invention est alimenté en basse tension continue, par exemple 12 volts, par l'alimentation stabilisée 3 reliée au secteur. Le fonctionnement du dispositif de commutation suivant l'invention est le suivant: lorsqu'un ordre de commuta- tion est donné, le signal c appliqué à l'entrée de la porte ET 9 change de niveau. Pour un ordre de marche il passe ainsi du niveau O au niveau 1 comme il est indiqué sur la figure 2 et lorsque la première impulsion électrique provenant du détecteur de passage par zéro 4 se trouve également au niveau 1, la porte 9 délivre un signal de commande tel que d qui est envoyé, par l'intermédiaire des circuits 10 et 11, aux deux relais 6 et 7. Les circuits 10 et 11 sont établis pour faire passer instantanément, quel que soit le type de commutation marchearrêt ou arret-marche, le semi-conducteur de puissance 6 à l'état passant, puis pour mettre au travail ou au repos le relais électromécanique 7, un court laps de temps après la commutation du semi-conducteur 6 à l'état passant. On voit sur la figure 3 que lorsque le signal d'émis par la porte d'entrée 9 du dispositif de commande électronique 5 passe, à l'instant tO, du niveau 1 au niveau O dans le cas d'une commutation du type marche-arret, le cicuit 10 réagit immédiatement pour commuter le semi-conducteur de puissance 6 à l'état passant dans lequel il demeure pendant une période de temps T de durée relativement courte. La commutation de l'état 1 à l'état O du signal de commande d'entrée d ayant lieu à l'instant tO on voit sur la figure 3 que le signal de commande électrique est appliqué au relais électromécanique 7, par l'intermédiaire du circuit 11, à un instant postérieur tl. Le retard tl-tO dépend de la nature de la charge et il peut être nul dans le cas d'une charge résistive. Si le relais électromécanique 7 est excité à l'instant tl, son contact 7a n'est pas commuté instantanément, mais seulement après un retard dO au temps de réponse caractéristique du relais ou contacteur 7 utilisé. En fait, la fermeture du contact 7a a lieu à un instant t2, l'intervalle de temps t2 - tl correspondant au temps de réponse du relais électromécanique 7. A l'instant t3 l'onde sinusodale du courant alternatif, représentée sur la ligne a de la figure 2, passe par zéro et ce passage par zéro entrain un désamorçage automatique du semi-conducteur de puissance 6. De ce fait ce semi-conducteur repasse à l'état bloqué si bien que l'instant t3 correspond à la fin de la période T durant laquelle le semi-conducteur 6 est passant. Le même processus se déroule lorsque le signal de commande d émis par la porte ET 9 passe, à l'instant t'O, du niveau O au niveau 1 dans le cas d'une commutation du type arret-marche. Le semi-conducteur 6 devient passant instantanément à l'instant t'O, le relais 7 est excité à l'instant postérieur t'l, le contact 7a est commuté en position de travail à l'instant postérieur t'2 et le semi-conducteur 6 redevient bloqué à l'instant t'3. L'intervalle de temps t3-t2 ou t'3-t'2 est suffisant pour permettre la commutation effective du contact 7a du relais électromécanique 7 si bien que l'ouverture ou la fermeture de ce contact s'effectue toujours alors que le semi-conducteur de puissance 6 se trouve à l'état passant. Le relais électromécanique 7 assure donc toujours la commutation de son contact 7a alors que le semi-conducteur de puissance 6 qui est branché en parallèle sur ce contact, est à l'état passant et dérive par conséquent le courant alimentant la charge. Le contact 7a n'assure donc aucune coupure en charge et on évite de ce fait la production de parasites radioélectriques et la formation d'une surtension aux bornes de la charge dans le cas où cèlle-ci est selfique. REVENDICATIONS 1- Dispositif de commutation de charges électriques de type résistif et selfique, alimentées en courant alternatif, caractérisé en ce qu'il comprend deux relais (6,7) branchés en parallèle dans le circuit alimentant la charge, à savoir un relais statique (6) à semi-conducteur de puissance et un relais électromécanique (7), un détecteur (4) de passage du courant alternatif par zéro et un dispositif (5) de commande électronique des deux relais lequel reçoit à ses entrées le signal de sortie du détecteur (4) de passage par zéro ainsi qu'un signal de commande du type marche-arrêt, ce dispositif de commande électronique (5) étant connecté aux deux relais (6,7) de manière que, chaque fois que le signal de commande de marche-arrêt est modifié, pour indiquer un ordre de marche ou d'arrêt, le relais statique (6) à semiconducteur de puissance soit mis au travail et établisse ainsi un circuit en dérivation sur le contact (7a) du relais électromécanique (7) uniquement pendant une courte période de temps s'étendant peu avant et peu après l'instant où a lieu la commutation effective du contact (7a) du relais électromécanique (7) de sa position de repos à sa position de travail ou vice versa. 2- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de commande électronique (5) comprend une porte ET (9) à deux entrées connectées respectivement au détecteur (4) de passage du courant par zéro et à une source de signal marche-arrSt.