Brevet FR2601190A1 — publié le 19880108

Procédé et dispositif de commande d'un contacteur L'invention concerne un procède de commande d'un contacteur et le dispositif correspondant. Les contacteurs électromécaniques sont en général commandés de la manière suivante : pendant une première période de durée déterminée, ou période d'appel , on impose à leur bobine un courant fort pour attirer l'armature mobile, et pendant une deuxième période, ou période de maintien, on impose à leur bobine un courant plus faible pour assurer le maintien de l'armature en position collée. Usuellement, la période d'appel a une durée suffisante pour que l'armature mobile soit attirée, vienne en position collee et y soit maintenue. Par mesure de sécurité, la durée de cette période d'appel est majorée, en particulier pour éviter le risque d'ouverture du contacteur -à la suite d'un rebond. I1 en résulte une consommation d'énergie électrique sensiblement supérieure aux besoins réels du contacteur pour assurer le collage de l'armature mobile. Par ailleurs, lorsque l'armature mobile est attirée par le courant d'appel, elle est accélérée pendant toute son approche. I1 en résulte une choc au moment du collage qui impose des contraintes mécaniques importantes au contacteur et qui détermine ses caractéristiques de construction. Un but de la présente invention est de proposer une limitation de la durée de la période d'appel aux besoins effectifs du contacteur. Un autre but de l'invention est de proposer de limiter l'intensité du courant d'appel pendant l'approche de l'armature mobile de façon à diminuer l'effet du choc mécanique à la fermeture. L'invention a pour objet un procédé de commande d'un contacteur électromécanique à armature mobile, du type prévu pour être alimenté en courant alternatif, et alimenté en courant continu par l'intermédiaire d'un hacheur, la bobine étant soumise à un courant moyen de forte valeur .pendant la période d'appel de l'armature. et à un courant moyen de valeur plus faible pendant la période de maintien de l'armature, caractérisé en ce que l'on détecte la diminution du courant dans la bobine du contacteur consécutive au mouvement d'approche de l'armature pour interrompre la période d'appel et passer à la période de maintien. Selon une caractéristique de l'invention, la détection de la diminution du courant dans la bobine du contacteur se fait par comparaison de l'intensité du courant dans la bobine avec une intensité de référence dont la valeur est de l'ordre de 7 % de la valeur du courant d'appel. L'invention a également pour objet un dispositif de commAnde d'un contacteur électromécanique à armature mobile, prévu pour être alimenté en courant alternatif, caractérisé en ce qu'il comporte - une source d'alimentation en courant continu, pour alimenter la bobine du contacteur, - un transistor fonctionnant en hacheur avec son circuit de commande - une résistance montée en série avec la bobine du contacteur et le transistor entre les bornes de la source d'alimentation, la résistance étant montée près de la borne négative, le point commun à la résistance et au transistor étant pris comme point de mesure du courant de iabobine pendant les périodes de conduction du transistor, - un comparateur comparant la valeur du courant au point de mesure à une valeur de référence - et un circuit logique définissant plusieurs valeurs de référence du courant, la première pour l'appel de l'armature mobile, la deuxième pour le maintien de l'armature, la troisième pour la détection du mouvement d'approche de l'armature et le passage de la période d'appel à la période de maintien. Selon une caractéristique de l'invention, trois comparateurs sont prévus, munis chacun d'une valeur de référence , le troisième comparateur transmettant son signal de sortie au circuit logique pour déclencher le passage de la période d'appel à la période de maintien. A titre d'exemple, on a représenté au dessin annexé Figure 1 : un premier mode de réalisation d'un dispositif de commande d'un contacteur selon l'invention Figure 2 : un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de commande d'un contacteur selon l'invention Figure 3 : un schéma représentatif de l'intensité du courant dans la bobine pour un contacteur de type classique, et pour un contacteur selon l'invention. En se reportant à la figure 1, on voit un contacteur symbolisé par sa bobine l, portant en parallèle une diode 2 de roue libre. Ce contacteur est de type alternatif, mais il est alimenté en .continu entre les bornes 3 et 4 d'une source d'alimentation. En série avec la bobine l du contacteur est prévu un transistor 5 avec son circuit de commande 6. Entre le transistor 5 et la borne négative 4 d'alimentation est disposée une résistance 7. Le point commun au transistor 5 et à -la résistance 7 est le point de mesure 8 de l'intensité du courant dans la bobine l pendant les périodes de conduction du transistor 5.Ce point de mesure est relié à une entrée d'un comparateur 9 dont l'autre entrée, correspondant a l'intensité de référence Ir, est alimentée par un circuit logique l par l'intermédiaire d'un convertisseur numériqueanalogique 12. Une horloge il alimente le circuit logique l en impulsions de fréquence déterminée. Le circuit logique l est relié au circuit 6 de commande du transistor 5 par deux fils : l'un 13, transmet les ordres d'ouverture du transistor 5, l'autre 14, les ordres de fermeture. Ici comme dans toute la description, la notion de fils n'est pas impérative, il s'agit simplement de liaisons électriques, les circuits pouvant etre intégrés. Le circuit logique l&commat; l est est susceptible de transmettre à sa sortie 15 un signal correspondant a l'état de l'armature mobile du contacteur : collée ou éloignée. Enfin, par sa borne d'entrée 16, le circuit logique l est susceptible de recevoir des ordres télécommandés de manoeuvre du contacteur. L'alimentation du circuit de commande n'est pas représentée sur le dessin. Elle peut être permanente, et alors le dispositif fonctionne par télécommande : ou elle peut être prise en parallèle sur le contacteur, et dans ce cas, à la mise sous tension du contacteur, il y a une remise a zéro générale. Le transistor 5 fonctionne en hacheur à fréquence fixe et à rapport cyclique variable. La résistance 7, de faible valeur, n'est parcourue par le courant dans la bobine que pendant les périodes de conduction du transistor 5 ; quand le transistor 5 est bloqué, la diode 2 remplit son rôle de diode de roue libre. De cette manière, on maintient dans la bobine l un courant moyen sensiblement constant, qui circule touJours dans 12 même sens. La valeur de ce courant moyen est élevée pendant la période d'appel de l'armature mobile du contacteur, et faible pendant la période de maintien de l'armature collée. Sur la figure 3, on voit que dans les contacteurs de type classique, on impose pendant une période d'appel, de durée tl prédéterminée, uneintensite élevée définie par l'intensité de référence Irl appliquée au comparateur 9. A l'issue de la période d'appel,- on impose au comparateur une intensité de référence Ir2 plus faible pour le maintien de l'armature. Le courant dans la bobine est représenté, globalement, par la courbe en trait plein. En réalité, pendant la période d'appel, après l'établissement du courant dans la bobine1 il y a d'abord une aimantation de l'armature mobile, puis son attraction et son déplacement. Au cours de ce déplacement, l'armature mobile induit un courant dans la bobine. Le courant résultant dans la bobine varie alors selon le profil en V représenté au milieu de la figure 3. En effet, le courant résultant diminue tant que l'armature se déplace, et d'autant plus vite que l'armature se déplace rapidement. Lorsque l'armature est collée, le courant remonte à la valeur de référence Irl. Selon l'invention, on utilise cette variation du courant dans la bobine pour constater que l'armature mobile est en mouvement, pour interrompre son attraction par la bobine de façon à ne pas l'accélérer jusqu'au choc du collage, pour interrompre corrélativement la période d'appel, et pour passer à la période de maintien de l'armature. A cet effet, on utilise une troisième valeur d'intensité de référence Ir3 dont la valeur est sensiblement égale. aux deux tiers de la valeur Irl, et lorsque l'intensité dans la bobine descend au dessous de cette valeur de référence Ir3, on considère que la période d'appel est terminee et on passe à la période de maintien en imposant la valeur de référence Ir2 pour le courant dans la bobine. Le courant dans la bobine a alors l'allure de la courbe en trait plein de la figure 3. Le fonctionnement du dispositif de commande de la figure l est le suivant : à la mise sous tension du contacteur, le circuit logique l impose comme valeur de référence au comparateur 9 une intensité Irl forte pour assurer l'appel de l'armature mobile. Le hacheur commence à fonctionner à une fréquence fixe imposée par le circuit logique l, et qui, pendant la période d'appel, est par exemple de 1,875 kHz. Le courant Ib dans la bobine a donc tendance à monter et à s'établir juste en dessous de la valeur Irl imposée pendant la période d'appel. L'établissement du courant dans la bobine, par l'intermédiaire du hacheur, se faisant progressivement, une période de sécurité t2 est prévue pour que le courant dépasse avec certitude la valeur de référence Ir3 qui est de l'ordre de 7 % de Irl. A la fin de cette période de sécurité, le circuit logique l applique alternativement comme valeur de référence au comparateur 9 soit la valeur Irl, soit la valeur Ir3, la commutation se faisant à fréquence élevée. De cette manière le courant dans la bobine reste sensiblement égal à la valeur de référence Irl jusqu'à ce que l'armature mobile soit attirée. A partir du moment où l'armature se déplace, le courant dans la bobine diminue comme représenté sur la figure 3.Lorsque l'intensité du courant devient inférieure à la valeur de référence Ir3, le comparateur 9 le détecte, la détection est validée (figure 3), la sortie 15 change d'état pour indiquer que l'armature est collée, et le circuit logique 1 applique au comparateur 9 la valeur de référence Ir2 correspondant au maintien de l'armature. Le courant dans la bobine diminue alors jusqu'au collage de l'armature, puis s'établit juste en dessous de la valeur de référence Ir2 correspondant au maintien de l'armature. Pendant la période de maintien, la fréquence du hacheur est fixée, par le circuit logique 18, à une valeur plus élevée, par exemple 15 kHz.Le circuit de commande 6 est par exemple une bascule bistable qui reçoit du circuit logique 1 les ordres de basculement par le fil 13 et les ordres de re-basculement par le fil 14. Sur la figure 2 est représenté un deuxième mode de réalisation du dispositif de commande et de contrôle d'un contacteur. Les mêmes références désignent les mêmes éléments que sur la figure 1. La différence principale provient du fait qu'au lieu de faire varier la valeur de référence de l'intènsité Ir en fonction de l'étape du fonctionnement, on utilise trois comparateurs 9, 21, 22 recevant chacun en permanence, une valeur de référence, respectivement Irl, Ir2 et Ir3. La sortie des deux premiers comparateurs 9, 21, est appliquée à une porte ET, 20, 18, respectivement, qui reçoit du circuit logique 1 une impulsion de validation pendant la période correspondante, respectivement d'appel et de maintien.En sortie des portes ET, 20 et 18, des fils 19 et 17, respectivement, transmettent au circuit de commande 6 les ordres de blocage du transistor 5 en fonction du basculement des comparateurs 9, 21. Le fil 13 transmet toujours les ordres d'ouverture du transistor 5. Les avantages du dispositif de contrôle et de commande selon l'invention sont, notamment, les suivants. Du fait qu'on utilise un contacteur du type à courant alternatif, on bénéficie d'un gain d'encombrement, de poids et de consommation. Du fait qu'on alimente ce contacteur en continu par l'intermédiaire d'un hacheur, le courant dans la bobine est toujours dans le même sens et on évite les problèmes liés au passage par zéro du courant c'est-à- dire le possible décollement de l'armature et le bruit. Dans les contacteurs usuels, les bobines sont calculées pour une tension d'alimentation déterminée, et on doit changer de bobine si la tension d'alimentation varie de 1% environ. Selon l'invention, on peut accepter pour une même bobine, des gamines de tension variant dans le rapport de 1 à 10. Du fait que la résistance de mesure 7 est placée au voisinage immédiat de la borne négative 4 d'alimentation, elle n'est parcourue par le courant que pendant les périodes d'ouverture du hacheur, ce qui lui évite de chauffer. Pour maintenir dans la bobine du contacteur un courant pratiquement constant pendant chacune des étapes de fonctionnement (appel de l'armature, et maintien de l'armature), on utilise un hacheur à fréquence fixe et à rapport cyclique variable, ce qui permet de contrôler l'impression de bruit associée au fonctionnement du hacheur. Pendant la période d'appel, on utilise une fréquence de hacheur plus faible Ainsi, on assure au contacteur une alimentation en forte puissance et fréquence faible pour l'appel de l'armature et une alimentation en faible puissance et fréquence plus élevée pour son maintien. L'intérêt de l'invention est de réduire la durée d'alimentation en forte puissance aux besoins effectifs du contacteur. Lorsque l'intensité du courant dans la bobine passe en dessous de la valeur de référence Ir3, c'est la valeur de référence Ir2 de maintien qui est appliquée au comparateur 9 (figure 1). Il n'y a donc plus d'apport d'énergie à la bobine. Le mouvement mécanique de l'armature continue en raison de l'inertie de l'armature, mais il n'est plus accéléré. Il en résulte un choc mécanique plus faible, moins d'écrasement des surfaces de contact des armatures, et un moindre rebond. En conséquence, la carcasse du contacteur, qui a moins de contraintes mécaniques à supporter, peut être prévue moins résistante mécaniquement, c'es--à- dire moins lourde. Revendications 1. Procédé de commande d'un contacteur électromécanique à armature mobile, du type prévu pour être alimenté en courant alternatif, et alimenté en courant continu par l'intermédiaire d'un hacheur, la bobine étant soumise à un courant moyen de forte valeur pendant la période d'appel de l'armature et à un courant moyen de valeur plus faible pendant la période de maintien de l'armature, caractérisé en ce que l'on détecte la diminution du courant dans la bobine du contacteur consécutive au mouvement d'approche de l'armature pour interrompre la période d'appel et passer à la période de maintien. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, là détection de la diminution du courant dans la bobine du contacteur se fait par comparaison de l'intensité du courant dans la bobine avec une intensité de référence dont la valeur est de l'ordre de 7 % de la valeur du courant d'appel. 3. Dispositif de commande d'un contacteur électromécanique à armature mobile, prévu pour être alimenté en courant alternatif, caractérisé en ce qu'il comporte : - une source d'alimentation (3, 4) en courant continu, pour alimenter la bobine (1) du contacteur, - un transistor (5) fonctionnant en hacheur avec son circuit de commande (6), - une résistance (7) montée en série avec la bobine - un comparateur (9) comparant la valeur du courant (lob) au point de mesure (8) à une valeur de référence (Ir) - et un circuit logique (1) définissant plusieurs valeurs de référence du courant, la première (Irl) pour l'appel de l'armature mobile, la deuxième (Ir2) pour le maintien de l'armature, la troisième (Ir3) pour la détection du mouvement d'approche de l'armature et le passage de la période d'appel à la période de maintien. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que trois comparateurs (9, 21, 22) sont prévus, munis chacun d'une valeur de référence (Irl, Ir2, In3), le troisième comparateur (22)- transmettant son signal de sortie au circuit logique (1) pour déclencher le passage de la période d'appel à la période de maintien.