Brevet FR2669739A1 — publié le 19920529

CONTROLEUR D'ISOLEMENT A PRECISION AMELIOREE. L'invention concerne un contrôleur permanent d'isolement comportant un générateur de tension d'injection, continue ou de fréquence prédéterminée différente de la fréquence du réseau à contrôler, un circuit de traitement comportant un circuit de mesure de la composante continue ou de fréquence prédéterminée de la tension appliquée à ses bornes, un microprocesseur, comportant une première entrée connectée à la sortie du circuit de mesure et comportant des moyens pour convertir le signal de sortie du circuit de mesure en une valeur numérique, calculer à partir de la valeur numérique une valeur représentative de la résistance d'isolement du réseau à contrôler, comparer la valeur représentative de la résistance d'isolement à au moins un seuil prédéterminé et sur une sortie fournir un signal d'alarme lorsque cette valeur est inférieure au seuil, et un circuit d'alarme et de signalisation connecté à la sortie du microprocesseur. Dans un contrôleur d'isolement de ce type, pour obtenir une bonne précision pour toutes les valeurs de la résistance d'isolement, il est nécessaire d'utiliser un convertisseur analogique- numérique offrant une précision supérieure à la précision désirée, par exemple un convertisseur 12 bits. L'invention a pour but un contrôleur d'isolement permettant d'obtenir la précision désirée tout en utilisant un convertisseur analogique numérique de précision standard, par exemple un convertisseur 8 bits. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait qu'il comporte, entre la sortie du circuit de mesure et une seconde entrée du microprocesseur, un circuit de grossissement comportant des moyens pour faire la différence entre le signal de sortie du circuit de mesure et une valeur de seuil prédéterminée et des moyens pour multiplier ladite différence par un coefficient multiplicateur prédéterminé. Il est ainsi possible d'améliorer la précision pour les valeurs supérieures de la tension, correspondant aux faibles valeurs de la résistance d'isolement. Selon un développement de l'invention, le circuit de grossissement comporte un amplificateur opérationnel dont l'entrée non inverseuse est connectée par une première résistance à la sortie du circuit de mesure et par une seconde résistance à la masse, son entrée inverseuse étant connectée par une troisième résistance à une tension de référence prédéterminée, et par une quatrième résistance à la sortie de l'amplificateur opérationnel, la première résistance ayant la même valeur que la troisième, et la seconde résistance ayant la même valeur que la quatrième. Selon un développement de l'invention, le microprocesseur comporte des moyens pour déterminer si le signal appliqué sur sa seconde entrée est nul, et s'il est nul, pour convertir le signal appliqué sur sa première entrée Le microprocesseur comporte également des moyens pour, si le signal appliqué sur sa seconde entrée n'est pas nul, le diviser, après conversion, par le coefficient multiplicateur, et ajouter à la valeur convertie une valeur numérique correspondant à la valeur de seuil, de manière à obtenir la valeur numérique représentative du signal de sortie du circuit de mesure. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 illustre un mode particulier de réalisation du circuit de traitement du signal d'un contrôleur permanent d'isolement selon l'invention. La figure 2 représente, en cooordonnées logarithmiques pour la résistance, la courbe de la tension en fonction de la valeur de la résistance d'isolement. De manière classique, un contrôleur d'isolement comporte un générateur (non représenté) de tension continue, ou de tension de fréquence prédéterminée différente de la fréquence du réseau, appliquant entre la terre et le réseau à contrôler une tension de valeur prédéterminée Un circuit de traitement mesure la tension appliquée aux bornes du contrôleur, en extrait par filtrage la composante continue ou de fréquence prédéterminée, calcule à partir de cette composante une valeur représentative de la résistance d'isolement du réseau et compare cette valeur à des seuils prédéterminés de manière à actionner une alarme lorsque la résistance d'isolement est inférieure à un de ces seuils. Le circuit de traitement selon la figure 1 comporte un microprocesseur i destiné à calculer la valeur représentative de la résistance d'isolement à partir de la tension mesurée V 3, à comparer cette valeur à des seuils et, le cas échéant, à actionner un circuit d'alarme et de signalisation 2. Le circuit de mesure auquel est appliqué un signal Vi, comporte un circuit 3 de mise en forme fournissant en sortie un signal de tension continue V 2, obtenu par filtrage et mise en forme de Vl et pouvant varier entre O et une tension d'alimentation Va, de préfèrence entre O et 5 V Le signal V 2 est appliqué à une première entrée Pl du microprocesseur, de préférence par l'intermédiaire d'un circuit adaptateur d'impédance Sur la figure ce circuit est constitué par un amplificateur opérationnel 4, dont l'entrée non inverseuse est connectée à la sortie du circuit 3 de mise en forme et dont l'entrée inverseuse est connectée à la sortie Le signal V 3 de sortie de l'amplificateur opérationnel 4 est appliqué, par l'intermédiaire d'une résistance Ri à l'entrée Pl du microprocesseur qui calcule la valeur de la résistance d'isolement correspondante. La figure 2 illustre le rapport entre la tension V 3 et la résistance d'isolement R du réseau, la résistance étant représentée en coordonnées logarithmiques Pour une même variation en pourcentage de la valeur de la résistance d'isolement, la variation de tension mesurée est petite pour des faibles valeurs de résistance et grande pour les fortes valeurs de résistance A titre d'exemple pour une variation de 10 % de la valeur de la résistance d'isolement la variation de tension est de 112 m V pour une résistance de 1 OOKSL et seulement de 33 m V pour une résistance de 1 OKR Avec le circuit de traitement décrit ci- dessus, la précision est insuffisante pour les valeurs faibles de la résistance d'isolement à moins d'utiliser un convertisseur analogique numérique très précis, donc coûteux. Le circuit de traitement selon la figure 1 permet d'accroître cette précision pour les faibles valeurs de la résistance d'isolement Ce circuit fournit une tension de référence V 4 Sur la figure 1, cette tension est obtenue au moyen d'un diviseur de tension résistif constitué par deux résistances R 2 et R 3 connectées en série entre la tension d'alimentation Va (par exemple 5 V) et la masse Le point commun aux résistances R 2 et R 3 est connecté à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel 5 servant d'adaptateur d'impédance Son entrée inverseuse est connectée à sa sortie sur laquelle est présente la tension de référence V 4 Le signal V 3 de sortie du circuit de mesure, présent à la sortie de l'amplificateur opérationnel 4 est appliqué, par l'intermédiaire d'une résistance R 4, à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel 6, elle-même reliée à la masse par une résistance R 5 La tension V 4 de sortie de l'amplificateur opérationnel 4 est appliquée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 6 par l'intermédiaire d'une résistance R 6 Son entrée inverseuse est également reliée à la sortie de l'amplificateur 6 par une résistance R 7 Les valeurs respectives des résistances sont choisies de manière à ce que: R 4 = R 6 et R 5 = R 7 L'amplificateur opérationnel 6 fonctionne en sommateur non inverseur et son signal de sortie V 5 est alors donné par: V 5 = (V 3 V 4) R 7 / R 6 A titre d'exemple, si Va = 5 V, V 4 peut être choisi égal à 4,5 V et le rapport R 7/R 6 = 8 On a alors: V 5 = 8 (V 3 4,5 V) Si l'on considère la figure 2, l'origine de la plage de tension supérieure à 4,5 V est donc ramenée à zéro et cette plage est grossie huit fois L'étendue de la plage concernée peut être ajustée selon les besoins, par simple modification de la valeur de seuil V 4 Le coefficient multiplicateur R 7/R 6 est également ajusté en fonction de la précision recherchée. Le signal V 5 est appliqué à une seconde entrée P 2 du microprocesseur par l'intermédiaire d'une résistance R 8 Le signal de tension V 6 appliqué à l'entrée P 2 est limité à des valeurs acceptables par le microprocesseur au moyen de deux diodes Dl et D 2 connectées respectivement entre P 2 et la tension d'alimentation Va, et entre P 2 et la masse Ainsi, lorsque V 4 est inférieure à V 3, la tension V 5 est négative, la diode D 2 est alors conductrice et la tension V 6 est limitée à -0,3 V environ, soit un signal considéré comme nul par le microprocesseur Tant que V 5 est compris entre O et la tension d'alimentation, les diodes Dl et D 2 sont bloquées et la tension V 6 est égale à V 5 Si V 5 dépasse la tension d'alimentation Va, la diode Dl conduit et limite la tension V 6 à une tension voisine de Va Des diodes de protection Dl et D 2 sont, de même, connectées à l'entrée Pl du microprocesseur. Le microprocesseur i reçoit donc simultanément sur son entrée Pl un signal V 7 représentatif de la tension mesurée V 3, et sur son entrée P 2 un signal V 6 qui est nul si la tension mesurée est inférieure à une certaine valeur (V 3 est inférieure ou égale à V 4) et qui est représentatif de la différence amplifiée entre la tension mesurée et ladite valeur de seuil si la tension mesurée est supérieure à cette valeur de seuil. Le microprocesseur, dans lequel est incorporé un convertisseur analogique-numérique, de type standard ( 8 bits), lit d'abord la valeur du signal V 6 Si ce signal est nul, il lit la valeur du signal V 7 et effectue le traitement sur la base de ce signal Par contre, si le signal V 6 n'est pas nul, c'est celui-ci qui est utilisé Le même convertisseur analogique numérique étant utilisé pour la conversion de V 7 et V 6, la précision de V 6 est multipliée par le coefficient multiplicateur R 7/R 6, par exemple par 8 dans le mode de réalisation préférentiel décrit ci-dessus. Lorsque le signal V 6 n'est pas nul, après conversion, il est divisé par le coefficient multiplicateur R 7/R 6 et le microprocesseur ajoute à la valeur divisée une valeur numérique correspondant à la valeur du seuil V 4, 4,5 V dans l'exemple considéré, de manière à obtenir une valeur numérique précise représentative de V 3 Cette dernière valeur est alors traitée par le microprocesseur de la même façon que le signal V 7 après conversion analogique numérique. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier représenté sur les figures En particulier, il n'est pas limité au cas o le contrôleur d'isolement injecte dans le réseau une tension continue et mesure la composante continue de la tension appliquée à ses bornes Elle s'applique de la même manière à un contrôleur d'isolement injectant dans le réseau un signal, sinusoïdal, carré, ou pseudo-carré de fréquence prédéterminée, différente de la fréquence du réseau Dans ce cas, la tension mesurée est obtenue, à partir de la tension aux bornes du contrôleur d'isolement, par filtrage de la fréquence du réseau. REVENDICATIONS 1 Contrôleur permanent d'isolement comportant un générateur de tension d'injection, continue ou de fréquence prédéterminée différente de la fréquence du réseau à contrôler, un circuit de traitement comportant un circuit de mesure ( 3,4) de la composante continue ou de fréquence prédéterminée de la tension appliquée à ses bornes, un microprocesseur ( 1), comportant une première entrée (Pi) connectée à la sortie (V 3) du circuit de mesure et comportant des moyens pour convertir le signal de sortie du circuit de mesure en une valeur numérique, calculer à partir de la valeur numérique une valeur représentative de la résistance d'isolement du réseau à contrôler, comparer la valeur représentative de la résistance d'isolement à au moins un seuil prédéterminé et sur une sortie fournir un signal d'alarme lorsque cette valeur est inférieure au seuil, et un circuit d'alarme et de signalisation connecté à la sortie du microprocesseur, contrôleur caractérisé en ce qu'il comporte, entre la sortie (V 3) du circuit de mesure et une seconde entrée (P 2) du microprocesseur, un circuit de grossissement comportant des moyens pour faire la différence entre le signal (V 3) de sortie du circuit de mesure et une valeur de seuil (V 4) prédéterminée et des moyens pour multiplier ladite différence par un coefficient multiplicateur prédéterminé. 2 Contrôleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de grossissement comporte un amplificateur opérationnel ( 6) dont l'entrée non inverseuse est connectée par une première résistance (R 4) à la sortie du circuit de mesure et par une seconde résistance (R 5) à la masse, son entrée inverseuse étant connectée par une troisième résistance (R 6) à une tension de référence prédéterminée (V 4), et par une quatrième résistance (R 7) à la sortie (V 5) de l'amplificateur opérationnel ( 6), la première résistance (R 4) ayant la même valeur que la troisième (R 6), et la seconde résistance (R 5) ayant la même valeur que la quatrième (R 7). 3 Contrôleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque entrée (P 1,P 2) du microprocesseur est connectée à une tension d'alimentation (Va) par une première diode de protection (Dl) et à la masse par une seconde diode de protection (D 2). 4 Contrôleur selon l'une des revendication i à 3, caractérisé en ce que le microprocesseur comporte des moyens pour déterminer si le signal (V 6) appliqué sur sa seconde entrée (P 2) est nul, et s'il est nul, pour convertir le signal (V 7) appliqué sur sa première entrée (Pl). Contrôleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le microprocesseur comporte des moyens pour, si le signal (V 6) appliqué sur sa seconde entrée n'est pas nul, le diviser, après conversion, par le coefficient multiplicateur, et ajouter à la valeur convertie une valeur numérique correspondant à la valeur de seuil (V 4), de manière à obtenir la valeur numérique représentative du signal de sortie du circuit de mesure.