Brevet FR2599183A1 — publié le 19871127

-- 1 -PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN ELECTRO-AIMANT DONT L'EXCITATION, PAR UN COURANT PERIODIQUE MONOARCHE, PROVOQUE L'ACTIONNEMENT D'UNE PIECE MOBILE. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande d'un électro-aimant dont l'excitation, par un courant périodique monoarche, tel qu'un courant redressé demi-onde, provoque l'actionnement d'une pièce mobile. Elle s'applique notamment à la commande des électro-aimants utilisés dans les contacteurs électriques dont la fermeture est obtenue à la suite de l'excitation de la bobine de l'électro-aimant par un courant périodique du type susdit, 10 cette excitation provoquant l'application des contacts mobiles du contacteur sur les courants fixes. Toutefois, l'invention ne se limite pas à ce type d'application. Elle peut, en effet, convenir à de nombreux autres dispositifs actionnés par un électro-aimant tels que, par exemple, des 15 électrovannes. Il s'avère que dans les dispositifs de ce genre, l'énergie mécanique communiquée à la partie mobile de l'électro-aimant pour provoquer l'actionnement de la partie mobile est varia20 ble selon l'angle de fermeture de l'interrupteur qui commande habituellement l'excitation de la bobine de l'électroaimant, c'est-à-dire selon l'instant marquant le début de l'excitation, considéré dans la période correspondante du courant périodique. -2 On constate, en particulier, que cette énergie est maximum lorsque l'angle de fermeture est nul et qu'elle décroît au fur et à mesure que cet angle croît dans la fraction de la période considérée contenant une arche. Il s'ensuit que, 5 dans certains dispositifs, si l'on ne dimensionne pas l'électro-aimant pour certains angles défavorables, l'actionnement recherché, par exemple la fermeture du contacteur, ne se produira pas, ou encore l'équipage mobile s'arrêtera avant l'écrasement total des contacts. 10 L'invention a donc plus particulièrement pour but de réduire le dimensionnement d'un tel électro-aimant et les inconvénients qui en résultent, notamment en matière de coût, d'encombrement et d'économie d'énergie. 15 Pour parvenir à ce résultat, l'invention propose plus particulièrement un procédé pour la commande d'un électro-aimant comprenant une bobine sur laquelle peut être appliqué un courant périodique monoarche à la suite de l'émission d'un 20 ordre de commande, en vue de provoquer un actionnement déterminé d'une pièce mobile, ce procédé étant plus particulièrement caractérisé en ce qu'il comprend, à partir de l'instant o ledit ordre de commande a été émis: - la détection des instants de passage à zéro, par valeurs croissantes et/ou décroissantes, du courant périodique; et - l'application, à l'un de ces instants (ou au voisinage de 30 celui-ci), du courant périodique à la bobine de l'électroaimant. Ce procédé peut être mis en oeuvre en associant à un dispositif interrupteur commandable, en série avec la bobine de 35 l'électro-aimant, un circuit électronique relativement simple comprenant: - 3 - un organe de détermination des instants de passage à zéro, par valeurs positives et/ou négatives, du courant périodique; et - un dispositif de commutation commandé par ledit organe de détermination pour délivrer au dispositif interrupteur un signal de fermeture lors de la détection d'un instant de passage à zéro qui suit l'ordre de commande d'excitation de la bobine. Il apparaît donc que, selon ce procédé et ce dispositif, quel que soit l'instant o est émis l'ordre de commande, l'énergie communiquée à la partie mobile de l'électro-aimant sera optimale. Il en résulte une diminution de l'encombre15 ment et du coût de l'électro-aimant. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est le schéma de principe d'un dispositif de commande conforme à l'invention; La figure 2 est un diagramme représentatif des signaux 25 électriques en différents points du circuit représenté sur la figure 1. Tel que représenté sur la figure 1, le dispositif de commande pour électro-aimant dont seule la bobine L a été repré30 sentée fait intervenir, en série dans un circuit reliant la bobine L aux bornes d'une source de courant alternatif (bornes B1, B2), un interrupteur de commande I dont la fermeture est obtenue par application d'un ordre d'excitation de la bobine, une diode D1 servant à réaliser un redresse35 ment simple alternance du courant alternatif et un dispositif interrupteur commandable constitué par un thyristor TH shunté, de façon classique, par une résistance R1 en série -4 avec un condensateur Cl. En parallèle avec la bobine L est également prévue une diode de roue libre D2. La gâchette G de ce thyristor est commandée par un circuit 5 électronique de commande alimenté par un circuit d'alimentation connecté entre la borne de sortie A de l'interrupteur I et la borne B2 de la source. Ce circuit d'alimentation comprend notamment, en série, une 10 diode D3, une résistance R2 et un condensateur C2 shunté par une diode Zener Dz1. Dans cet exemple, la détection des zéro de la tension de la source en aval de l'interrupteur I est obtenue selon un 15 processus comportant les étapes suivantes: - l'obtention d'un courant redressé demi-onde synchrone du courant alternatif de la source et en phase avec celuici; - la conformation dudit courant redressé en un signal crénelé présentant les mêmes caractéristiques de fréquence, mais en opposition de phase; - la dérivation du signal crénelé de manière à obtenir des impulsions correspondant aux fronts montants dudit signal; - la commande de la gâchette G du thyristor par une bascule 30 bistable sensible auxdites impulsions. Ainsi, dans l'exemple représenté, la phase d'obtention du courant redressé est réalisée au moyen d'un circuit redresseur comprenant, entre les bornes A et B2, une résistance R3 35 et une diode D4. L'oscillogramme 03 (figure 2) montre la tension redressée obtenue au point B, c'est-à-dire à la jonction entre la - 5 résistance R3 et la diode D4. Cette tension présente les mêmes caractéristiques de fréquence et de phase que la tension entre les bornes A, B2 qui est représentée sur l'oscillogramme 01 de la figure 2 (traits fins + traits épais). La tension redressée demi-onde obtenue au point B est appliquée à un premier conformateur inverseur IN1 qui délivre au point C un signal crénelé synchrone mais en opposition de 10 phase, visible sur l'oscillogramme 04. Ce signal est ensuite transmis à un dérivateur formé, de façon classique, par un condensateur C3 et une résistance R4. Au point F situé à la jonction du condensateur C3 et de la résistance R4, on obtient une succession d'impulsions qui correspondent 15 respectivement aux fronts montants des crénaux du signal délivré par le conformateur inverseur IN1 et, par conséquent, au passage à zéro par valeurs négatives de la tension redressée, simple alternance, délivrée par la diode D1 (qui a été représentée en traits épais sur l'oscillogramme 01). 20 Ces impulsions, visibles sur l'oscillogramme 07, sont ensuite appliquées à un deuxième conformateur inverseur IN2 dont la sortie est connectée à l'entrée E1 d'une bascule bistable FL de type RS. La sortie Q de cette bascule FL, dont le 25 signal est représenté par l'oscillogramme 08, est connectée à la gâchette du thyristor TH par l'intermédiaire d'un circuit comprenant, en série, une résistance R5 et une diode Zener Dz2. Par ailleurs, la gâchette du thyristor TH est reliée à sa cathode par l'intermédiaire d'une résistance R6. 30 L'entrée d'initialisation E2 de la bascule FL est connectée à un circuit d'initialisation agencé de manière à n'émettre un signal d'initialisation que, lorsque, à la suite de la fermeture de l'interrupteur I, la tension d'alimentation 35 dépasse une valeur prédéterminée. Ce circuit d'initialisation comprend plus particulièrement, entre le point D du circuit d'alimentation et la borne B2, une résistance R8 en série avec un condensateur C4. Le point de jonction entre - 6 cette résistance R8 et cette capacité C4 est alors relié à un dispositif à seuil IN3 qui délivre à sa sortie E une tension dont la variation a été représentée par l'oscillogramme 06 et qui comprend, à la suite de l'instant de ferme5 ture- de l'interrupteur I, une première phase au cours de laquelle la tension présente une valeur nulle et une deuxième phase qui est déclenchée lorsque la tension à l'entrée du dispositif à seuil IN3 (oscillogramme 05) atteint un seuil prédéterminé S. Au cours de cette deuxième phase, la tension 10 au point E présente une valeur correspondant à un état logique 1. On obtient donc ainsi une temporisation de l'initialisation de la bascule FL qui permet d'éviter des perturbations lors 15 de la phase transitoire qui suit la fermeture de l'interrupteur I. Le circuit précédemment décrit comprend, en outre, une diode D5 en parallèle avec -la résistance R8 qui sert à accélérer 20 la décharge du condensateur C4 lors de l'ouverture de l'interrupteur I. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à un type particulier d'interrupteurs commandables pour la commande de 25 l'électroaimant. Il est clair que le montage comprenant le thyristor TH et son circuit de commande pourraient être remplacés par tout autre montage produisant les mêmes effets. Ainsi, la commande de l'électro-aimant pourrait également s'effectuer au moyen d'un optocoupleur comprenant, de façon classique, une diode électroluminescente montée dans le circuit de sortie de la bascule FL et un optothyristor monté dans le circuit de la bobine L. - 7 Revendications 1. Procédé pour la commande d'un électro-aimant comprenant une bobine sur laquelle peut être appliqué un courant périodique monoarche à la suite de l'émission d'un ordre de commande, en vue de provoquer un actionnement déterminé d'une pièce mobile, caractérisé en ce qu'il comprend, à partir de l'instant o ledit ordre de commande a été émis: - la détection des instants de passage à zéro du courant 10 périodique; et - l'application, à l'un de ces instants, du courant périodique à la bobine de l'électro-aimant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection des passages à zéro par valeur positive du courant périodique est obtenue selon un processus comportant les étapes suivantes: - l'obtention d'un courant redressé demi-onde synchrone du courant alternatif de la source et en phase avec celuici; - la conformation dudit courant redressé en un signal créne25 lé présentant les mêmes caractéristiques de fréquence et de phase; - la commande de l'application du courant alternatif sur ladite bobine par un front dudit signal. 30 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend la dérivation du signal crénelé de manière à obtenir des impulsions de courant qui coincident respectivement avec les fronts montants dudit 35 signal et la commande de l'application du courant périodique sur la bobine par l'une desdites impulsions. - 8 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, ce dispositif servant à la commande d'un électro-aimant comprenant une bobine (L) reliée à une source d'alimentation en courant périodique 5 monoarche, par l'intermédiaire d'un dispositif interrupteur commandable (TH), caractérisé en ce que ledit dispositif interrupteur (TH) est commandé par un circuit de commande comprenant: - un organe de détection des instants de passage à zéro du courant périodique (R3, D4, IN1, R4, C3); et - un dispositif de commutation (FL) commandé par ledit organe de détection, pour délivrer à l'interrupteur (TH) 15 un signal de fermeture lors de la détection d'un instant de passage à zéro qui suit l'ordre de commande d'excitation de la bobine (L). 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la 20 bobine de l'électro-aimant est reliée à une source de courant alternatif par l'intermédiaire d'un premier circuit comprenant, en série, un interrupteur (I) dont la fermeture est obtenue par application d'un ordre d'excitation de la bobine, d'une diode (D1) servant à obtenir le courant pério25 dique monoarche, et d'un dispositif interrupteur commandable (TH), caractérisé en ce que la commande dudit interrupteur commandable (TE) est assurée au moyen d'un deuxième circuit reliant la sortie dudit interrupteur (I) à la borne de 30 commande (G) du dispositif interrupteur commandable (TH), ce deuxième circuit comprenant: - un redresseur (R3, D4) apte à fournir un courant redressé demi-onde synchrone du courant alternatif de la source et 35 en phase avec celui-ci; -- 9 --8 -9 - un conformateur (IN1) apte à transformer le courant redressé en un signal crénelé présentant les mêmes caractéristiques de fréquence et en Opposition de phase; - un dérivateur monté à la sortie du conformateur IN1, de manière à obtenir des impulsions correspondant aux fronts montants dudit signal; - une bascule bistable (FL) sensible auxdites impulsions 10 dont la sortie effectue la commande dudit dispositif interrupteur commandable (TH). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'initialisation 15 de la bascule bistable, ce circuit comprenant, en aval du susdit interrupteur (I), un circuit redresseur (D3, R2, C2, R8, C4) et un dispositif à seuil (IN3) qui fournit à la susdite bascule bistale (FL) un signal d'initialisation lorsque la tension délivrée par le circuit redresseur (D3, 20 R2, C2, R8, C4) dépasse un seuil prédéterminé, à la suite de la fermeture du susdit interrupteur (I). 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le susdit dispositif interrupteur 25 commandable consiste en un thyristor (TH) dont la gâchette est commandée par le circuit de sortie de la bascule bistable (FL).