Brevet FR2613492A1 — publié le 19881007

DISPOSITIF DE DETECTION DE DEFAUT DANS UN RESEAU TRIPHASE D'ALIMENTATION DE CHARGES La présente invention a pour objet un dispositif destiné à détecter des défauts dans un réseau triphasé d'alimentation de charges, le réseau étant sans fil neutre et comportant un bloc de contrôle de la puissance de la charge, utilisé en interrupteur et interposé sur deux lignes d'alimentation, la troisième ligne étant connectée directement à la charge. Les charges peuvent être, en particulier, résistives et constituées, par exemple, par des résistances de chauffage, des éléments émetteurs infrarouge ou des électrolytes. Dans le cas de charges résistives, par exemple pour des fours, les éléments chauffants présentent, généralement, une faible inertie thermique et nécessitent une alimentation par des séries de trains d'onde de courte durée qui permettent d'éviter des variations importantes de la température et du rayonnement infrarouge émis. On réalise, souvent, un montage triphasé d'alimentation de charges comportant, pour des raisons économiques, uniquement deux couples de thyristors montés tête-bêche et contrôlant deux phases différentes de la tension d'alimentation triphasée, pour assurer une alimentation pulsée de la charge. Il est important de pouvoir détecter toute anomalie pouvant survenir dans le fonctionnement d'une telle alimentation, soit par défaillance d'un thyristor, soit par une surcharge, soit par une rupture d'une charge dans une branche. Un contrôle de l'intensité du courant dans chacune des lignes d'alimentation est difficile, du fait des variations introduites par la régulation elle-même, de la difficulté à comparer entre eux avec une bonne sensibilité des signaux de valeur élevée et de la non accessibilité aisée à la ligne directe d'alimentation. Dans un réseau triphasé, il apparaît que la composante symétrique inverse du courant est nulle lorsque le réseau est équilibré. Par conséquent, il peut être envisagé de déceler un 2613 4 92 déséquilibre de charges par la mesure de la composante inverse du courant. Cette composante du courant, qui est fonction des courants circulant dans les lignes d'alimentation, peut être déterminée à partir des valeurs des courants circulant dans deux lignes d'alimentation, dans la mesure o. le courant de la troisième ligne d'alimentation peut s'exprimer en fonction des courants dans les deux premières lignes, en l'absence de neutre. On peut donc envisager une méthode de détection-du déséquilibre de charge consistant à combiner les courants circulant dans deux lignes d'alimentation seulement. On a déjà proposé des dispositifs de détection du déséquilibre de charge en utilisant des réseaux de résistances et d'inductances. Ces dispositifs ne donnent, toutefois, pas satisfaction en pratique, en raison de la présence des inductances qui sont de mise en oeuvre toujours délicate. Par ailleurs, les dispositifs connus ne possèdent pas une bonne sensibilité de mesure, ce qui les rend inadaptés à détecter un faible déséquilibre de charge. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités, en proposant un dispositif de détection de déséquilibre de charge de mise en oeuvre simple et aisée et présentant une sensibilité élevée de détection. Ces buts sont atteints grâce à un dispositif comportant des moyens de détection du déséquilibre de charge commandés en entrée par des signaux représentatifs de ceux circulant dans les première et deuxième lignes d'alimentation, ces moyens comprenant: - un premier transformateur d'intensité pour délivrer un premier signal représentatif du courant circulant dans la première ligne d'alimentation, - un second transformateur d'intensité pour délivrer un second signal représentatif du courant circulant dans la deuxième ligne d'alimentation, 2613 4 9 2 - un circuit déphaseur du premier signal constitué d'un amplificateur opérationnel monté en inverseur avec une résistance d'entrée et une boucle de contre-réaction négative comportant un réseau parallèle composé d'au moins une branche résistive et une branche capacitive, - des moyens de combinaison du signal issu du circuit déphaseur et du second signal, - un premier circuit amplificateur, - un circuit redresseur, - un circuit intégrateur, - et un étage à détection de seuil au-delà duquel un déséquilibre de charge est détecté. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexes qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 illustre un réseau triphasé d'alimentation d'une charge équipé d'un dispositif de détection du déséquilibre de charge conforme à l'invention. La fig. 2 représente un schéma-bloc d'un dispositif de détection du déséquilibre selon l'invention. La fig. 3 représente un exemple de réalisation d'un dispositif de détection conforme à l'invention. La fig. 4A illustre la forme des courants d'alimentation de la charge selon un mode particulier de commande des interrupteurs associés aux lignes. Les fig. 4B et 4C représentent des chronogrammes montrant la mise en oeuvre du dispositif de détection selon le mode de commande des interrupteurs de la fig. 4A. Les fig. 5 et 6 illustrent des variantes de réalisation d'un circuit déphaseur du dispositif selon l'invention. La fig. 1 illustre un réseau triphasé 1, 2, 3 sans fil neutre, destiné à alimenter une charge 4, en particulier résistive, pouvant être monté en étoile ou en triangle. Chaque ligne 1, 2, 3 2613 4 9 2 du réseau est parcourue par un courant i1, i2, i3, ces courants étant déphasés entre eux, respectivement de l'opérateur a, avec a= ej2/3, soit i =a i et i =a i3. 1-2 2-3' Deux des lignes d'alimentation, par exemple les lignes 1 et 2, comportent chacune un bloc 5 de contrôle de la puissance de la charge, utilisé en interrupteur et commandé par une unité de commande c, connue en soi. Chaque bloc 5 est constitué, par exemple, par un couple de thyristors montés tête-bêche qui assure l'alimentation de la charge par une série de trains d'onde de courte durée. Conformément à l'invention, les lignes d'alimentation, équipées des blocs de contrôle 5, sont associées à des transformateurs d'intensité 6, constitués par des enroulements bobinés autour des lignes d'alimentation. Chaque transformateur d'intensité 6 délivre un courant, directement représentatif du courant d'alimentation de la ligne associée et de faible intensité, en vue d'un traitement logique approprié. Il est à noter que les transformateurs d'intensité 6 délivrent un courant en phase ou en opposition de phase avec le courant mesuré suivant leurs sens de branchement. Par exemple, les transformateurs 6 génèrent i'1 = K i1 et i'2 = - K i2. i1 et i2 sont les courants respectifs des lignes 1 et 2 et K le rapport de transformation des transformateurs d'intensité 6. Les courants, générés par les transformateurs d'intensité 6, constituent les données d'entrée de moyens 7 de détection du déséquilibre de charge, qui est susceptible d'apparaître sur une ligne du réseau. Pour assumer cette fonction de détection du déséquilibre de charge, les moyens 7 détectent l'équilibre entre les deux courants sélectionnés, cet équilibre étant rompu dès l'apparition d'un déséquilibre de charge. Il est à noter que les moyens 7 sont aptes à déceler un déséquilibre de charge relatif à la ligne d'alimentation 3 non sélectionnée, puisqu'un tel déséquilibre contribue, également, à 26 13492 modifier les courants des lignes sélectionnées 1, 2. Conformément à La fig. 2, Les moyens de détection 7 comprennent un circuit 8 déphaseur d'un des courants d'une valeur en relation avec le déphasage existant entre les deux courants sélectionnés et un étage 9 chargé de combiner le courant déphasé issu du circuit 8 et le courant sélectionné non déphasé. IL est à remarquer que les transformateurs d'intensité 6 sont branchés, de manière à fournir, par exemple, des valeurs i'1 = K i1 et i'2 = - K i2 comme illustré à la fig. 1, de sorte que l'étage 9 constitue, dans cette hypothèse, un simple circuit sommateur des courants i'1 et a i'2 qui représentent, respectivement, les courants i1 et - a i2 au coefficient K près, en vue de détecter la condition de déséquilibre. L'écart mesuré, entre les deux courants i'1 et a i'2 est amplifié par un amplificateur 10, avant d'être redressé par un circuit redresseur 11 et intégré par un circuit intégrateur 12, en vue d'être comparé dans un étage 13 à détection de seuil au-delà duquel un déséquilibre de charge significatif est décelé. Le signal issu de l'étage 13 peut lui-même être appliqué à un étage 14 de commande d'indicateur de déséquilibre. La fig. 3 illustre un exemple de réalisation des moyens de détection 7 destinés à recevoir en entrée, par exemple, les courants i'1 et i' Conformément à l'invention, le circuit déphaseur 8 est constitué d'un amplificateur opérationnel 15 connecté au transformateur d'intensité 6 délivrant le courant i'2 = - K i2 par une résistance d'entrée 16 montée sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur, l'entrée non inverseuse étant reliée à la masse. L'amplificateur 15 possède une boucle 17 de contre-réaction négative, composée d'un réseau parallèle comportant une branche capacitive 18 et une branche résistive 19. La boucle de contre-réaction 17 introduit un déphasage de - 60 degrés qui, combiné au déphasage de - 180 degrés créé par le montage en inverseur de l'amplificateur, permet de réaliser un déphasage de - 240 ou de + 120 degrés correspondant à 2613 4 9 2 l'opérateur a. A cet effet, les résistances R16 et R19, ainsi que la capacité C18, possèdent les caractéristiques suivantes: OS R16 = R19/2 et C18 = 3/(R19.) w étant la pulsation du réseau. La sortie de l'amplificateur 15 est connectée à une résistance d'entrée 20 de l'étage sommateur 9 qui possède aussi une autre résistance d'entrée 21, connectée au transformateur d'intensité délivrant le courant i'1. Les résistances d'entrées 20, 21 sont reliées à un potentiomètre 22 délivrant, en sortie, un signal significatif de l'écart E existant entre les deux courants sélectionnés, à savoir: E = i'l + a i'2 = K (i1 - a i2) La sortie du potentiomètre 22 est reliée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 23 dont l'entrée non inversese est reliée à la masse. L'amplificateur 23 possède une boucle de contre-réaction négative de réglage de gain composée d'une résistance 24 en série avec un potentiomètre 25 connecté à la sortie de l'amplificateur par une diode 26 polarisée en inverse, destinée à redresser le signal. L'anode de la diode 26 est reliée à une résistance 27 du circuit intégrateur 12 qui possède aussi un condensateur 28 relié à la masse, dont le point commun avec la résistance 27 est connecté à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 29 autour duquel est bâti l'étage 13 à détection de seuil à hystéresis. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur 29 est reliée, d'une part, à la sortie de ce même amplificateur 29 par une résistance 30 et, d'autre part, à un réseau diviseur de tension destiné à définir le seuil au-delà duquel le réseau est considéré en déséquilibre. Le réseau diviseur de tension est composé d'une résistance 31 reliée à la masse par une résistance 32 et à une borne négative par une résistance 33. La sortie de l'amplificateur 29 est connectée par une 2613 4 9 2 résistance 34 à la base d'un transistor 35 d'amplification, en vue de disposer d'un signal utilisable d'alimentation d'une bobine 36 d'un relais 36, 37 dont le contact 37 commande un dispositif de signalisation de défaut. OS Le collecteur du transistor 35 est connecté à une borne positive de la tension d'alimentation du montage, par l'intermédiaire de la bobine 36 du relais connecté en parallèle sur une diode de protection 38. Le transistor 35 est polarisé de façon classique par des résistances 39, 40. Les moyens 7 de détection, conformes à l'invention, constitués d'un circuit déphaseur comportant des résistances et des capacités, assurent la détection du déséquilibre de charge apparaissant sur le réseau avec une bonne sensibilité et d'une façon simple. Toutefois, il est à remarquer que les moyens de détection 7 comportent, avantageusement, comme illustré à la fig. 2, des moyens 41 d'autorisation du fonctionnement des moyens 7 lorsque les blocs de contrôle ou les interrupteurs 5 ne sont pas initialisés simultanément, en particulier dans le cas o il est envisagé, en vue d'éliminer les parasites du réseau, le déclenchement de la fermeture des interrupteurs lors du passage à zéro de la tension entre deux phases représentée en trait interrompu sur la fig. 4A. Il apparait, selon ce mode de fonctionnement des interrupteurs 5, un déséquilibre pendant toute la durée de conduction d'un seul interrupteur, au cours de laquelle uniquement deux phases, par exemple 1 et 3 sont parcourues par un courant et, notamment, pendant les intervalles de temps T1 et T2 correspondant, respectivement, aux décalages d'amorçage et d'extinction entre les interrupteurs. Pour éviter que les moyens de détection 7 décèlent ce déséquilibre inhérent au mode de commande des interrupteurs, les moyens 41 autorisent la détection du déséquilibre, uniquement pendant la conduction des deux interrupteurs 5 correspondant à un régime établi en triphasé. 2613 4 92 Pour assumer une telle fonction, les moyens 41 délivrent un signal de validation 42 en retard de t par rapport à l'apparition d'un signal 43 de commande du premier thyristor, le signal de validation 42 étant généré jusqu'à l'extinction du signal de commande 43, conformément aux fig. 48 et 4C. Le retard t est déterminé pour que les moyens 7 détectent le déséquilibre lorsque les deux interrupteurs 5 sont amorcés. Comme illustré à ta fig. 3, les moyens de validation 41 reçoivent en entree le signal de commande 43 délivré par l'unité c. Les moyens 41 comportent, par exemple, une résistance d'entrée 44 connectée, d'une part, à la masse par un condensateur 45 et, d'autre part, à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 46 monté en comparateur. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur 46 est reliée à la masse par une résistance 47 et à la tension négative par une résistance 48. La sortie de l'amplificateur 46 est reliée, par une résistance 49, à la base d'un transistor 50 dont le collecteur est connecté à l'anode de la diode 26. Le transistor 50, qui est polarisé entre son émetteur et sa base par une résistance 51, bloque ou non le signal délivré par le redreseur, en vue d'autoriser ou non la détection du déséquilibre par les moyens 7. La fig. 5 illustre une variante de réalisation du circuit déphaseur 8 qui comporte un réseau de contre-réaction avec une branche résistive 19' ajustable, composée d'une résistance 60 en série avec un potentiomètre 61, en vue de compenser les tolérances sur les composants et les variations de fréquence qui introduisent une erreur dans la mesure. La fig. 6 illustre une autre variante de réalisation du circuit 8 déphaseur, adapté, plus particulièrement, pour fonctionner selon deux fréquences déterminées, par exemple 50 Hz et 60 Hz. A cet effet, le réseau de contre-réaction du circuit 8, formé d'une branche résistive 19' et d'une branche capacitive 18, comporte aussi, en parallèle, une résistance 62 en série avec un interrupteur 63, tandis que la résistance d'entrée 16 de l'amplificateur 15 comporte, en parallèle, une résistance 64 en série avec un interrupteur 65. Les interrupteurs 63 et 65 sont commandés, simultanément, à volonté selon la fréquence utilisée. Bien entendu, une telle adaptation du circuit à la fréquence d'utilisation peut être aussi mise en oeuvre avec la branche résistive 19 non ajustable. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. 2613â92 REVENDICATIONS: I - Dispositif de détection de défaut dans un réseau triphasé (1, 2, 3) d'alimentation de charges, notamment résistives, le réseau étant sans fil neutre et comportant des premier et second blocs (5) à thyristors de contrôle de la puissance des charges interposées, respectivement, sur des première et deuxième lignes d'alimentation, la troisième ligne étant connectée directement à la charge, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (7) de détection du déséquilibre de charge commandés en entree par des signaux représentatifs de ceux circulant dans les première et deuxième lignes d'alimentation, ces moyens comprenant: -un premier transformateur d'intensité (6) pour délivrer un premier signal représentatif du courant circulant dans la première ligne d'alimentation, - un second transformateur d'intensité (6) pour délivrer un second signal représentatif du courant circulant dans la deuxième ligne d'alimentation, - un circuit (8) déphaseur du premier signal constitué d'un amplificateur opérationnel (15) monté en inverseur avec une résistance d'entrée (16) et une boucle (17) de contre-réaction négative comportant un réseau parallèle composé d'au moins une branche résistive (19) et une branche capacitive (18), - des moyens (9) de combinaison du signal issu du circuit déphaseur (8) et du second signal, - un premier circuit amplificateur (10), - un circuit redresseur (11), - un circuit intégrateur (12), - et un étage (13) à détection de seuil au-delà duquel un déséquilibre de charge est détecté. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance d'entrée (16) présente une impédance ohmique (R16) égale à la moitié de celle (R19) de la branche résistive (19) du réseau parallèle et en ce que la capacité de la branche capacitive (18) est égale à 3e/(R19.w) , o w représente la OS pulsation du réseau triphasé. 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réseau parallèle (17) possède une branche (19') résistive ajustable. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réseau parallèle (17) possède une branche composée d'une résistance (62) en série avec un interrupteur (63) et en ce que la résistance d'entrée (16) possède une branche parallèle composée d'une résistance (64) en série avec un interrupteur (65). 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des transformateurs d'intensité (6) délivre un signal qui est en opposition de phase par rapport au courant circulant dans la ligne d'alimentation correspondante. 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de combinaison (9) comprennent un circuit sommateur. 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit intégrateur (12) est un réseau (27, 28) résistif-capacitif. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'étage (13) à détection de seuil est relié à un second amplificateur (14) de commande de moyens de signalisation. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le premier circuit amplificateur (10) présente un gain variable. - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens (7) comportent des moyens (41) de validation de la détection en régime établi triphasé, lorsque les blocs 5 ne sont pas amorcés simultanément.