Brevet FR2641405A1 — publié le 19900706

La présente invention a pour objet un dispositif permettant le contrôle de la température d'un bobinage alimenté en courant continu, notamment d'un bobinage d'électro-aimant, ce contrôle englobant à la fois la mesure de la température et l'émission d'un signal informant l'utilisateur lorsque la température maximum admissible est sur le point d'être atteinte et/ou dépassée. On sait que la température affecte sérieusement la qualité des isolants utilisés en électrotechnique, entraînant une réduction de la durée de vie des appareils concernés. Quand -l'appareil est un électro-aimant, notamment, par exemple un électro-aimant de levage ou de triage, l'utilisateur ne dispose généralement pas de moyens adéquats d'information sur la température du bobinage qui lui permettraient d'adapter en conséquence sa conduite de l'installation, par exemple en agissant sur le facteur de marche ou en faisant procéder en temps utile au remplacement des électro-aimants ayant atteint leur température limite, dans le cas d'installations à facteur de marche élevée, feu continu, manutentions automatiques, etc... On sait que les bobines d'électro-aimant sont le plus souvent réalisées en aluminium, quelquefois en cuivre. Les résistivités de ces deux métaux possèdent un même coefficient de température positif, en sorte que leur résistance augmente linéairement avec la température, et que corrélativement l'intensité du courant absorbé par la bobine diminue quand ia température augmente. Le contrôle de la température atteinte par un bobinage d'électro-aimant devrait donc, en théorie, être rendu possible par la mesure du courant qu'il absorbe et sa comparaison avec une valeur de référence déterminée une fois pour toutes au niveau du courant correspondant à la température à détecter, laquelle serait la limite de température correspondant à l'isolant mis en oeuvre. Un tel contrôle pourrait être réalisé au moyen de dispositifs connus tels que des relais dits à seuil de courant. Toutefois, ce contrôle se heurte à la difficulté créée par le fait que d'une part l'électro-aimant est, dans de nombreuses applications, alimenté en tension variabie au gré del'utilisateur et que d'autre part son alimentation en courant continu est généralement fournie par un groupe redresseur double alternance (monophasé ou triphasé) qui répercute intégralement les variations du réseau d'alimentation. Ces variations du réseau ont pour conséquence une translation du courant limite correspondant à la température à détecter, cette translation s'opérant en plus ou en moins selon le sens de variation du réseau. Du fait de la faible pente des graphes donnant l'intensité du courant dans l'électro-aimant en fonction de la température au bobinage, l'amplitude de la translation en température est bien @upérieure aux variations de courant qui l'ont créée. Pour donner un exemple chiffré permettant d'appréciér. cet écart, la relation mathématique lient le courant IT absorbé par lc bobinage sous la tension nominale d'alimentation de l'électro- aimant et le courant nominal IN correspondant à un échauffement # T = 0 s'écrit : 1 (1) IT = INx1 + ##T ou &alpha; désigne le coefficient de température du métal dans lequel est réalisé le bobinage. En admettant des variations de I 10 % pour les réseaux industriels, la relation (1) devient, pour une tension d'alimentation de + 10 %, en expri@ant IT en % de IN : 110 IT = (2) 1=##T (en % de IN) et pour une tension d'alimentation de - 10 % 1T = 90 (en E ae IN) 1+##T (3) La température T du bobinage étant exprimée en fonction d'une température ambiante de 20 C, et le coefficient de 1 température di l'aluminium et du cuivre étant connu (# = = 234,5 = 4,2644 x 10-3), on peut aisément, à partir de la relation (1), calculer le courant IT exprimé en % de IN pour un accroissement de température #T donné. Ainsi, pour une température TB à surveiller de 155 C, correspondant à la classe F d'isolant couramment utilisée pour la construction des électro-aimants, on a un courant IT correspondant égal à 63,464% de IN, ce qui signifie qu'in devrait utiliser ur relais à seuil de courant réglé à une valeur 1T égale 1 63,464 ;; de Pour un réseau à ss 10 S, la relation (2) permet d'obtenir a T = 1720C, et donc une température du bobinage T B = t T + 20 = 1920C soit une erreur par excès de 192 - 155 = 37 C Pour un réseau à - 10 %, on aurait de la même façon une erreur par défaut de 37 C, soit une température de bobinage de 155 - 37 = 118 C. On voit, par cet exemple, qu'un simple relais à seuil de courant, réglé pour un déclenchement à 155 C, va en réalité déclencher pour des températures comprises entre 118 C et 192 C, selon la variation du réseau entre - 10 % et + 10 % de la tension nominale. De telles variations rendent donc illusoire l'efficacité d'un relais à seuil de courant. Un système de contrôle de température de bobinage doit en fait répondre à un ensemble de critères, à savoir 1, mesure indépendante tant des fluctuations du réseau que de la tension d'alimentation de l'électro-aimant. 2) Mesure sans capteur noyé dans l'électro-aimant, afin d'éviter les inconvénients liés à ce genre de système (nécessité de câbles extérieurs supplémentaires, mesure ponctuelle, état des capteurs difficilement contrôlable, rétro-installation quasi impossible). 3) Bonne précision de la mesure. 4) Installation facile sur tous équipements et tous types de redresseurs (monophasés, triphasées, à diodes ou à thyristors). La présente invention a pour but de proposer un dispositif de contrôle de la température d'un bobinage qui réponde à tous ces critères. Le dispositif selon l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'il comprend en combinaison a) un moyen de mesure de la tension d'alimentaton du bobinage, suivi d'au moins un filtre et au moins un amplificateur de ladite tension. b) un moyen de mesure du courant absorbé par ltélectro- aimant, suivi d'au moins un filtre et au moins un amplificateur de la tension image de ce courant. c) au moins un comparateur qui reçoit sur une entrée la tension image du courant absorbé par l'électro-aimant, et sur son autre entrée une tension de référence calibrée pour le seuil de température à détecter. d) au moins un moyen de compensation de ladite tension de référence en fonction des variations de la tension d'alimentation du bobinage. e) au moins un temporisateur relié au comparateur et règlé à une durée prédéterminée. f) au moins un relais générateur dun signal relié su temporisateur. Le moyen de mesure du courant absorbé par lMélectro-aimant peut être n!importe quel moyen approprié tel qu'un shunt ou un capteur à effet Hall. Le moyen de mesure de la tension d'alimentation du bobinage peut être constitué solt d'un pont diviseur à résistances, soit d'un transformateur de mesure de tension, l'un ou l'autre de ces moyens permettant de mesurer la tension réelle fournie par le groupe redresseur responsable de l'alimentation du dispositif en courant continu. La tension image au courant recueillie aux bornes du moyen de mesure du courant est fi'triée et amplifiée avant d'être appliquée à un comparateur, ou reçoit sur son autre entrée la tension de référence calibrée pour le seuil de température à détecter. Afin de s'affranchir totalement des variations de la tension d'alimentation de l'électro-aimant, cette dernière, après passage par au moins un filtre et au moins un amplificateur, est appliquée à un moyen de compensation permettant la correction de la tension de référence en fonction des variations en plus ou en moins de la tension d'alimentation. Ce moyen de compensation est avantageusement constitué d'un comparateur suivi d1un amplificateur et recevant sur une entrée la tension d'aliméntation préalabiement filtrée et sur l'autre entrée une tension de référence fixe. La tension de référence ainsi compensée est ensuite amplifiée puis calibrée en fonction du seuil de température à détecter et appliquée à un comparateur qui reçoit sur son autre entrée la tension image du courant absorbé par l'électro-aimant. Le calibrage de la tenson de référence peut s'opérer par tout moyen approprié, tel qu'un pont diviseur à résistances. Selon un mode de réalisation avantageux, le calibrage de la tension de référence est réalisé au moyen de deux ponts diviseurs réglés à deux températures différentes distantes d'environ lO'C, ,les deux tensions de référence ainsi calibrées étant appliquées à deux comparateurs permettant de déclencher deux signaux successifs lorsque la température du bobinage approche du seuil critique correspondant à l'isolant mis en oeuvre ou dépasse ce seuil. Selon un autre mode de réalisation particulièrement avantageux, le calibrage de la tension de référence est réalisé au moyen de quatre ponts diviseurs réglés deux à deux pour chacune des deux classes d'isolants le plus souvent mis en oeuvre dans les électro-aimants, à savoir les classes F et , un commutateur classe F/classe H permettant le contrôle de la température pour l'isolant utilisé. Le comparateur recevant la tension de référence calibrée est avantageusement suivi d'un temporisateur réglé à une durée prédéterminée de manière à n'activeur un relais générateur c'un signal qu'en cas de dépassement du seuil pendant une durée supérieure à ladite durée prédéterminée. Ainsi, quand le courant dans l'électro-a-mant diminue et atteint une valeur correspondant au seuil de température à détecter, ou à l'un des seuils de température à détecter, le comparateur bascule et enclenche le temporisateur. Si la durée du dépassement du seuil est supérieure à la valeur à laquelle le temporisateur est préréglé, le relais correspondant est activé et déclenche un signal. Ce signal peut affecter des forures très diverses, telles que voyants lumineux, lampes flash, buzzers, klaxons, sirènes, etc... L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et qui se réfère au dessin annexe, étant bien entendu que cette description ne présente aucun caractère limitatif vis-à-vis de la présente invention. Dans le dessin annexé : - la figure 1 représente le schéma synoptique général du dispositif selon l'invention. - la figure 2 représente le schéma synoptique d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Si on se réfère d'abord à la figure 1, on voit que le dispositif selon l'invention comprend un moyen de mesure 1 de la tension U d'alimentation du bobinage, suivi d'un filtre 2, d'un amplificateur 2' et d'un moyen de compensation 3 auquel est appliquée la tension de référence Uréf, ce moyen de compensation 3 étant suivi d'un moyen de calibrage 4 de la tension de référence en fonction du seuil de température correspondant à l'isolant utilisé, et d'un comparateur 5 recevant sur son autre entrée la tension image du courant I absorbé par l'électro-aimant, après que ce courant I ait été appliqué à un moyen de mesure 6 et que la tension recueillie aux bornes dudit moyen de mesure 6 ait été convenablement filtrée par un filtre 7 et amplifiée par un amplificateur 8. Le comparateur 5 est par ailleurs relié à un temporisateur 9 suivi d'un relais 10 relié à une signalisation 11. On comprend aisément, à l'examen de ce schéma synoptique, que le dispositif selon l'invention présente, sur les dispositifs à seuils de courant jusqu'ici utilisés, l'avantage appréciable de permettre la correction de la tension de référence en fonction des variations de la tension d'alimentation, ce qui permet de s affranchir totalement des variations du réseau d'alimentation. Si on se réfère maintenant à la figure 2, on voit que la tension d'alimentation U du bobinage est appliquée à un moyen de mesure constitué d'un pont diviseur 1 avant d'être traitée par un amplificateur 2' et un filtre 2. La tension U est ensuite appliquée à un comparateur 3 qui reçoit sur son autre entrée la tension de référence Uréf.Le comparateur 3 est suivi d'un amplificateur 13 relié à un ensemble de quatre ponts diviseurs 4 qui permet le calibrage de la tension de référence pour les deux classes d'isolants F et H, à raison de deux tensions de référence pour chaque classe d'isolants, correspondant à deux seuils de température distants de 10"C, en l'occurrence 135"C et 1450C pour les seuils F1 et F2 et 160 C ey 170 C pour les seuils H1 et H2, un commutateur 14 permettant de sélectionner les tensions de référence correspondant à l'isolant utilise. Les deux tensions de référence ainsi calibrées sont appliquées à deux comparateurs 5 et 5' qui reçoivent chacun sur son autre entrée la tension image du courant I absorbé à ltélectro-aimant, après que ce courant I ait été mesuré par un shunt de mesure 6 puis filtré et amplifié par un filtre 7 suivi d'un amplificateur 8. Chaque comparateur 5, respectivement 5' est suivi d'un temporisateur 9, respectivement 9', réglé à une durée prédéterminée qui peut être par exemple. 12 secondes. Chaque temporisateur 9, respectivement 9' est relié à un relais 10, respectivement 10' lui-même relié à une signalisation 11, respectivement 11'. , Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant : une fois le commutateur 14 convenablement positionné en fonction de la classe d'isolant utilisé, par exemple la classe F et l'alimentation du bobinage établie, les comparateurs 5 et 5' reçoivent chacun sur une entrée la tension image du courant I recueillie aux bornes du shunt 6, après passage par le filtre 7.et l'ampli 8, et sur l'autre entrée l'une des tensions calibrées venant de l'ensemble des ponts diviseurs 4, réglée au seuil de température F1, soit 135qu, pour le comparateur 5 et au seuil de température F2, soit 1450C, pour le comparateur 5'. Lorsque la température du bobinage augmente et atteint le premier seuil à détecter, soit F1, le courant, qui a àiminué, atteint la valeur correspondant au seuil F1. Le comparateur 5 bascule alors, enclanchant le temporisateur 9 réglé à par exemple 12 secondes. Si la durée de dépassement du seuil F1 est supérieure à 12 secondes, le temporisateur 9 active ie relais 10 qui déclenche la signalisation 11, laquelle peut prendre la forme d'un voyant rouge qui s'allume. En cas de non-intervention immédiate sur le dispositif, le comparateur 5 bascule à son tour lorsque la température atteint le seuil F2, enclenchant le temporisateur 91 réglé à par exemple 10 secondes. Si la durée de dépassement du seuil F2 est supérieure à 10 secondes, le temporisateur 9' active le relais 10' qui déclenche la deuxième signalisation 11', laquelle peut prendre la forme d'un klaxon ou d'une sirène appelant une intervention immédiate. Ces deux signaux successifs offrent une double sécurité de fonctionnement au dispositif, qui présente par ailleurs l'avantage déjà exprimé, de permettre un contrôle efficace et précis de la température du bobinage, indépendamment des fluctuations du réseau d'alimentation. Le dispositif selon l'invention offre en outre l'avantage supplémentaire de ne pas nécessiter de capteurnoyé dans ltélectro- aimant et d'être d'une installation facile sur tous les types de redresseurs de courant et sur tous les bobinages. I1 va de soi que le dispositif selon l'invention ne saurait être limité au mode de réalisation qui vient d'être décrit et qu'il peut subir un certain nombre de modifications sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS. 1. Dispositif permettant le contrôle de la température d'un bobinage alimenté en courant continu, notamment d'un bobinage d'électro-aimant, en s'affranchissant des variations de la tension d'alimentation, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison a) un moyen de mesure (I) de la tension d'alimentation du bobinage, suivi d'au moins un filtre (2) et au moins un amplificateur (2') de ladite tension. b) un moyen de mesure (6) du courant absorbé par l'électro-airnant, suivi d'au moins un filtre (7) et au moins un amplificateur (8) de la tension image de ce courant. c) au moins un comparateur (5) qui reçoit ladite tension sur une entrée, et sur son autre entrée une tension de référence calibrée pour le seuil de température à détecter. d) au moins un moyen de compensation (3) de ladite tension de référence en fonction des variations de la tension d'alimentation du bobinage. e) au moins un temporisateur (9) relié au comparateur (5) et réglé à une durée prédéterminée. f) au moins un relais (10) générateur d'un signal relié au temporisateur (9). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de mesure (1) de la tension d'alimentation du bobinage est choisi dans le groupe formé par les ponts diviseurs à résistances et les transformateurs de mesure de tension. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de mesure (6) du courant absorbé par l'électro-aimant est choisi dans le groupe formé par les shunts et les capteurs à effet Hall. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de compensation (3) de la tension d'alimentation consiste en un comparateur qui reçoit sur une entrée une tension de référence fixe U réf. et sur l'autre entrée la tension d'alimentation du bobinage, après passage par un filtre (2) et un amplificateur (2'). 5) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension d'alimentation compensée par le moyen de compensation (3) est calibrée à l'aide d'un moyen de calibrage (4) permettant de l'ajuster à la valeur correspondant au seuil de température à détecter. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de calibrage (4) consiste en un pont diviseur à résistances. 7) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de calibrage -(4) consiste en un ensemble de deux ponts diviseurs permettant de calibrer deux tensions de référence correspondant à deux seuils de température encadrant le seuil de température critique de l'isolant mis en oeuvre. 8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque pont diviseur est associé à un comparateur (5), respectivement (5'), chacun des deux comparateurs (5) et (5') recevant sur son autre entrée la tension image du courant absorbé par l'électro-aimant. 9) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de calibrage (4) consiste en un ensemble de quatre ponts diviseurs permettant de calibrer deux tensions de référence pour chacune des deux classes d'isolants couramment utilisés pour réaliser les bobinages d'électro-aimants, ces ponts diviseurs étant reliés deux à deux à un commutateur permettant de sélectionner les deux seuils de température correspondant à la classe d'isolant utilisé. 10) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les quatre ponts diviseurs mis en oeuvre sont reliés deux à deux à deux comparateurs (5, 5') dont chacun reçoit sur son autre entrée la tension image du courant absorbé par l'électro-aimant.