Brevet FR2587140A1 — publié le 19870313

Dispositif d'assistance à la commutation électrique, notamment pour relais à contacts ou contacteurs ou autres moyens de télécom- mande similaires. Les appareils de commutation classiques comportent un ou plusieurs contacts qui sont actionnés, par l'intermédiaire d'un mécanis- me, entre des positions d'ouverture et de fermeture. Ces appareils ou commutateurs mécaniques présentent un grand nombre d'avanfages mais présentent l'inconvénient de voir les contacts soumis à l'usure par I'érosion provoquée par les arcs électriques qui se forment au moment de leurs actionnements sous charge. Il en résulte que la longévité et la fiabilité de ces commutateurs sont réduites lorsqu'ils doivent effec- tuer un très grand nombre de commutations. On connaît d'autre part des commutateurs à semi-conducteur, tels que par exemple les triacs, permettant également un passage de puissance. Ces commutateurs ne présentent pas de contact ou autre partie mécanique et ne sont donc pas soumis aux inconvénients préci- tés. Cependant ils entraînent une chute de tension non négligeable qui provoque une grande dissipation de chaleur, ce qui limite égale- ment les possibilités d'usage, de même que la fiabilité et la longévité de ces commutateurs. Afin d'éliminer les inconvénients de ces deux commutateurs, on a déjà prévu d'associer un moyen de commutation à contact et un moyen de commutation à semi-conducteur en disposant dans un boîtier, d'une part, des contacts mécaniques et, d'autre part, des moyens de commutation à semi-conducteur qui peuvent être branchés en parallèle, 2 2587140 ou en série, de facçon que le moyen de commutation à semi-conducteur soit commuté à l'état conducteur avant la fermeture du contact, ou après l'ouverture de celui-ci, évitant ainsi la formation d'un arc. En outre une fois que le contact est fermé, I'essentiel de la puissance électrique transite par le contact, épargnant ainsi le moyen de commu- tation à semi-conducteur qui ne tend pas à s'échauffer. Les dispositifs ainsi réalisés présentent cependant l'inconvé- nient d'être encombrants et coûteux dans une réalisation sous forme modulaire compacte telle qu'utilisée de façon usuelle dans l'appareillage électrique destiné au grand public ou au bâtiment. D'autre part, le besoin de ce type de produit est limité à quelque cas d'emploi bien particulier, rendant l'investissement difficilement justifiable. La présente invention se propose de remédier à ces inconvé- nients et de fournir un dispositif d'aide à la commutation qui soit simple, peu coûteux et peu encombrant, qui ne nécessite pas la trans- formation des moyens de commutation usuels et qui soit adapté à une construction modulaire, et limité au seul cas o le besoin l'exige. L'invention a pour objet un dispositif d'aide à la commutation, notamment pour appareils de commutation à contact, tels que relais à contact, caractérisé en ce qu'il comporte, dans un boîtier du type modulaire, un moyen de commutation à semi-conducteur interposé entre deux bornes de puissance et des moyens électroniques sensibles au signal de commande pour piloter ledit moyen de commutation pour qu'il soit parcouru par le courant de puissance avant la fermeture et après I'ouverture du ou des contacts de l'appareil de commutation à contact. Dans une forme de réalisation proposée, le boîtier du dispositif suivant l'invention comporte un circuit électronique auxiliaire traitant le signal de commande conventionnel pour piloter les moyens de commutation à semi-conducteur et les moyens de commande d'un appareil de commuta- tion à contact. Le dispositif de la présente invention peut être ainsi facile- ment associé, sur un même rail de fixation, à un appareil de commuta- tion à contact tel que relais ou autre disposé également dans un boîtier modulaire similaire. Par une connexion convenable entre le dispositif selon l'invention et l'appareil de commutation à contact, on peut dispo- ser les-moyens de commutation à semi-conducteur en parallèle ou en 3 2587140 série avec les bornes de puissance de l'appareil de commutation à contact, et conditionner la commande de ce dernier à la commande du dispositif suivant l'invention. Le moyen de commutation à semi-conducteur est de préférence un triac ou thyristor. Le moyen ou circuit électronique sensible au signal de com- mande est conçu pour commander le moyen de commutation à semi- conducteur et le rendre conducteur dès le début du signal de comman- de et avant même que le contact de l'appareil de commutation à contact ne se soit trouvé actionné. Ceci peut être aussi obtenu, dans certains cas, en jouant sur la grande rapidité de mise en conduction du commu- tateur à semi-conducteur, comparé au temps nécessaire au déplacement mécanique du contact. Dans ce cas le montage du dispositif selon l'invention et de l'appareil de commutation à contact est réalisé de façon qu'aussi bien le commutateur à semi-conducteur que l'appareil soient simultanément sensibles au circuit de commande. Cependant on peut, dans de nombreux cas, préférer utiliser le circuit électronique associé en le reliant à la borne de commande de l'appareil de commutation à contact, pour qu'il adresse à ce dernier le signal de commande de bobine provoquant la fermeture du contact et après un certain temps suffisant pour que le commutateur à semi- conducteur ait été rendu conducteur, de préférence à l'angle de l'alter- nance de tension le plus favorable, par exemple au zéro de tension. Ceci a pour effet de limiter les nuisances générées par la fermeture. On peut également prévoir de rendre conducteur le commutateur à semiconducteur à un angle d'alternance de tension favorable, par exemple au zéro de tension, de façon à réduire ou supprimer les tensions parasites. Quelque soit le mode de branchement du dispositif, le moyen ou circuit électronique sensible au signal de commande est par ailleurs agencé de façon à continuer à faire passer le courant de puissance par le commutateur à semi-conducteur après le signal de commande provo- quant l'ouverture de l'appareil de commutation à contact mécanique. On peut ainsi, aussi bien lors de la fermeture que lors de I'ouverture du ou des contacts mécaniques, s'assurer qu'aucun arc électrique ne s'établit au niveau de la zone de contact. Le circuit électronique auxiliaire peut également être agencé pour empêcher le passage du courant à travers le commutateur à semi-conducteur pendant que le ou les contacts mécaniques sont fer- més. Cependant on peut également éviter un tel agencement du fait que le commutateur à contact court-circuite le commutateur à- semi- conducteur dont l'impédance est bien supérieure de sorte que ce dernier n'est de toute façon parcouru que par une puissance négligea- ble. La durée des retards à la fermeture et/ou à l'ouverture dépend de la rapidité de la commutation mécanique par le ou les contacts. D'une façon générale, on peut avantageusement utiliser une durée de l'ordre d'une ou deux périodes du secteur, c'est-à-dire de l'ordre de 20 à 40 millisecondes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaT- tront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel -la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif selon l'invention associé à son relais, - la figure 2 représente une vue en coupe d'un dispositif selon l'in- vention avec son bottier modulaire, - la figure 3 représente une vue debout de ce dispositif, associé à un relais avec les branchements adéquats, - la figure 4 représente un graphique montrant le fonctionnement de ce dispositif. En se référant aux figures 1 et 2, on voit que le dispositif selon l'invention comporte, dans un boTtier modulaire 10, deux bornes de puissance 1,2, un triac de puissance 3 étant interposé entre les bornes 1 et 2. Le dispositif comporte également deux bornes de commande 4 et 5 aboutissant à un circuit électronique auxiliaire 6 destiné à piloter la gachette 9 du triac 3 et les bornes de sortie 7 et 8. Le triac 3 est disposé à la partie inférieure du boîtier 10 et du circuit électronique 6. Le boîtier 10 peut être monté, de même que le relais, sur un rail de fixation 12 sur lequel il est maintenu par un loquet usuel 13. De préférence, le montage s'effectue en disposant le dispositif modulaire selon l'invention immédiatement à côté du relais 2587140 auquel il est associé. En se référant plus particulièrement aux figures 2 et 3, on voit que le dispositif selon l'invention comporte un boîtier modulaire 10 incorporant les bornes 1-2 et 7-8 avec une disposition identique à celle d'un boîtier modulaire usuel de relais 14. Ce relais 14 qcui comporte les bornes usuelles de puissance P1, P2, le contact 11 avec son mécanisme 15 et la bobine 16 actionnant le mécanisme 15 et provoquant donc l'ouverture ou fermeture du contact TIl du relais 14. De façon avantageuse les bornes de sorties 7 et 8 du disposi- tif selon l'inventiron parviennent.u même niveau que les bornes A1 et A2 de commande de la bobine 16 (le l'appareil de commutation à contact 14, ce qui: facilite le branchement, comme on le voit sur la figure 3. On a représenté sur la figure 4: le graphique d'une étape de fonctionnement. On voit sur la ligne supérieure a un signal de com- mande avec son front ascendant initial et son front descendant final" Lorsque le signal. de commande est perçu sur les bornes 4 et 5 de commande du dispositif, celui-ci met immédiatement le triac en conduc- tion comme on le voit sur- la ligne b. En variante le circuit 6 peut être agencé pour ne mettre le triac 3 en conduction qu'après un léger retard tO, ce qui permet alors la mise en service. pralable d'un contact classique 17 situé en amont sur te circuit de puissancer et dont le rôle apparaîtra ultérieurement. Par contre, comme on le voit sur la ligne c, le circuit 6 génère un retard tl au bout duquel la bobine du relais se trouva commandée et provoque la fermeture du contact 11. Il en résutlte qu'au moment o débute la fermeture du contact 11, la puissance du circuit de puissance est dérivée par le triac 3. Une fois que le contact 11 a été fermé, le courant passe pratiquement exclusivement par le contact 11, le triac 3 n'étant par- couru que par un courant résiduel extrêmement faible qui n'entraîne pas un échauffement perceptible. Lorsque le signal de commande (ligne a) prend fin, l'électro- nique de commande 6 autorise l'ouverture immédiate du contact 11. Par contre, elle maintient le triac 3 conducteur pendant une durée supplémentaire t2 supérieure au temps d'ouverture. 6 2587140 Il en résulte qu'aucune surtension ou formation d'arc ne peut se produire au niveau du contact 11, jusqu'à l'ouverture du relais. Au cas o le contact 17 est présent, le circuit 6 est agencé pour provoquer son ouverture après l'arrêt de la conduction du triac 3. Ainsi, le contact 17 assure le sectionnement de la ligne et élimine le léger courant de fuite qui, autrement, passerait par le triac. A titre d'exemple, le dispositif modulaire représenté sur la figure 1 présente un boîtier dont la plus grande dimension, dans le sens horizontal de la figure 1, est de 58 mm et la hauteur de 85 mm, l'épaisseur étant de 17,5 mm. La forme du boîtier 10 est analogue ou identique à celle des appareils de commutation, relais ou autres, du type utilisé dans le bâtiment. La chaleur produite reste faible, et est dépendante de la fréquence de fonctionnement du triac. La durée de vie du relais associé au dispositif selon l'invention, qui est habituellement de 0,5 million de manoeu- vres est portéesjusqu'à voir 6 millionbde manoeuvres. 2 587140 REVENDICATIONS 1) Dispositif d'aide à la commutation électrique, notamment pour les appareils de commutation à contact tels que relais à contacts ou contacteurs ou autres appareils de télécommande similaires, caracté- risé en ce qu'il comporte, dans un boîtier du type modulaire (10), un moyen de commutation à semi-conducteur (3) interposé entre deux bornes de puissance (1,2) et des moyens électroniques (6) sensibles au signal de commande pour piloter ledit moyen de commutation (3) pour qu'il soit parcouru par le courant de puissance avant la fermeture et après l'ouverture du ou des contacts de l'appareil de commutation à contact. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (10) contient un circuit électronique auxiliaire (6) sensible au signal de commande pour piloter le moyen de commutation à semi- conducteur. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit électronique auxiliaire (6) pilote également l'appareil de commu- tation à contact. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce- que ledit circuit électronique auxiliaire (6) est sensible au front.ascendant du signal de commande pour retarder pendant une durée (tl) I'excita- tion de la ou des bobines de l'appareil à contact associé, alors que la mise en conduction du triac est autorisée. - 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ledit circuit électronique de commande (6) est sensible au front descendant du signal de commande pour maintenir le moyen de commutation à semi-conducteur (3) conducteur pendant une durée de retard (t2) après l'ouverture de contact de l'appareil à contact associé. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit circuit électronique (6) est agencé de façon à retarder d'un temps (to) la mise en conduction du moyen de commu- tation à semi-conducteur (3), pendant lequel il peut provoquer la fermeture d'un contact de sectionnement (17) placé en amont sur le circuit de puissance, ledit circuit électronique provoquant par ailleurs l'ouverture dudit contact de sectionnement au moment de, ou après, la fin de la mise en conduction du moyen de commutation à semi-conduc- teur (3). 7) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit électronique (6) est agencé pour piloter l'excitation de la ou des bobines de l'appareil de commutation à contact associé (14) pour provoquer la fermeture du contact au moment le plus favorable d'une alternance. 8) Dispositif selon l'une des revendications 4 et 7, caractérisé en ce que le commutateur à semi-conducteur (3) devient conducteur au moment le plus favorable d'une alternance. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit moyen de commutation semi-conducteur est un triac. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le moyen de commutation à semi-conducteur est un thyristor. 11) Dispositif selon l'une quelconque des revendicatiorns 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des bornes de puissance (1,2) et des bornes de sortie (7,8) disposées au niveau des bornes de puissance, respectivement de commande, de l'appareil de commutation à contact (14) associé.