Brevet FR2724485A1 — publié le 19960315

La présente invention concerne un dispositif bistable mixte, statique et électromécanique pour connecter à volonté toute charge sur un secteur alternatif. Les deux états stables du dispositif sont déterminés par l'action sur deux boutons poussoirs. Pour réaliser cette opération on utilise généralement des relais soit "tout électronique" et de fait statiques, soit des relais électromécaniques. Actuellement on construit classiquement un relais bistable statique grâce aux composants électroniques et, particulièrement aux thyristors, triacs et alternistors. De tels relais statiques ont l'avantage de ne pas présenter de mécanismes mobiles et, par suite, d'être totalement insonores, d'être inusables ce qui implique une bonne fiabilité, de n'engendrer aucune perturbation radioélectrique si on asservit l'enclenchement du semi-conducteur à la détection du zéro en courant du secteur. Ces relais ont néanmoins le défaut principal de présenter une résistance certaine à l'état passant (fermé) qui déterrnine, par effet Joule, une élévation de température que l'on doit contrer en utilisant des dissipateurs ou en faisant appel à la ventilation forcée. De tels moyens sont onéreux et tiennent de la place.Enfin tout semi-conducteur demeure sensible aux variations importantes de la tension du secteur et, à forts courants, on travaille dans des zones où l'électronique de puissance "fatigue". Les relais électromécaniques quant à eux, sont, de fait, bistables. Ils ont l'avantage de la facilité d'emploi et présentent naturellement plusieurs contacts pour le circuit principal bien isolés du circuit auxiliaire de la bobine de l'électroaimant. Autre avantage lié à l'électromécanique, la faible résistance ohmique des contacts à l'état fermé qui ne produit pas d'échauffement. Enfin les relais électromécaniques ont le mérite de n'être quasiment pas sensibles aux surtensions du secteur. Cependant lesdits relais ont comme handicap principal leur durée de vie limitée à cause de l'usure des contacts due à l'étincelage lors de leur fermeture comme de leur ouverture. D'autre part, comme toute mécanique, L'ensemble des parties mobiles subit le vieillissement et l'usure, fait du bruit et ce d'autant plus que le relais électromécanique est puissant.En dernier lieu l'étincelage a son corollaire qui est le parasitage de l'environnement. Le dispositif selon l'invention permet de remédier aux inconvénients des relais intégralement statiques ou des traditionnels relais électromécaniques en associant les deux types de relais afin d'obtenir un dispositif bistable presque idéal où les avantages des premiers relais s'ajoutent aux avantages des seconds. Selon une première caractéristique le dispositif bistable mixte obtenu comporte un relais statique qui commande à la fois la charge et un autre relais statique pilotant lui-même la bobine d'un relais électromécanique. Selon une deuxième caractéristique le dispositif utilise deux contacts travail dudit relais électromécanique pour court-circuiter le premier relais statique lorsque ce dernier est passant et deux autres contacts travail du même relais électromécanique pour assurer l'automaintien du dispositif. Selon une troisième caractéristique le dispositif comporte un bouton poussoir courtcircuitant l'entrée du deuxième relais statique pour ouvrir le circuit électrique sur le secteur. Selon une quatrième caractéristique le dispositif utilise deux optocoupleurs à détection intégrée de passage à zéro de courant pour commander les deux relais statiques. Selon une cinquième caractéristique le dispositif comporte un condensateur de valeur appropriée en parallèle avec l'entrée diode du premier optocoupleur afin de prolonger la conduction du premier relais statique durant la réouverture du relais électromécanique. Selon une sixième caractéristique le dispositif comporte deux circuits de commande très basse tension indépendants et isolés pour assurer, grâce à deux boutons poussoirs, I'ouverture ou la fermeture d'un circuit électrique sur secteur alternatif. Le dispositif bistable selon l'invention peut utilement servir à surveiller des niveaux dans des réservoirs afin de les réguler. De même les boutons poussoirs utilisés pour la commande du dispositif selon l'invention, peuvent être substitués par des fins de course sur des installations automatisées. On peut également employer le dispositif sur les machines outils où les commandes isolées en très basse tension de sécurité (T.B.T.S.) assurent alors la mise en marche des moteurs, leur arrêt et de surcroît l'arrêt d'urgence. Le dessin annexé illustre l'invention : ainsi la figure 1 représente le schéma électrique du dispositif selon l'invention. En référence à cette figure 1, le dispositif comporte un premier transformateur d'impulsions (1) qu'alimente le secteur alternatif et dont le secondaire est connecté à un pont redresseur (2). Les sorties de ce pont (2) vont à la diode d'entrée d'un optotriac (4) via un interrupteur (S1) en parallèle duquel se trouvent les contacts (T1) du relais électromécanique (R). A leur tour les sorties de l'optotriac (4) commandent à travers les résistances (5 et 6) un triac (7) qui peut être court-circuité par les contacts (T2) du même relais (R). La sortie du triac (7) est connectée à la fois à un des pôles de la charge (L) (son autre pôle se bouclant sur le neutre) et au deuxième ensemble optotriac/triac (11 et 14) qui alimente, lui même, la bobine (R) du relais électromécanique. Dans ce deuxième ensemble un autre transformateur d'impulsions (8) fournit la faible énergie électrique nécessaire via un pont (9) et un résistance (10) lirnitatrice de courant à la diode d'entrée d'un autre optotriac (11). Cette diode d'entrée peut être courtcircuitée par le bouton poussoir (S2). A son tour, I'optotriac (11) commande à travers des résistances (12 et 13) un autre triac (14) aboutissant à un des pôles de la bobine (R) du relais électromécanique déjà cité dont l'autre pôle se referme sur le neutre. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant. Lors de la fermeture de (S1) on provoque la conduction en chaîne des éléments (4) et (7) qui conditionne l'alimentation par la phase de la charge (L) du triac (14), de l'optotriac (11) ainsi que du transformateur d'impulsions (8). De la sorte la phase est maintenant présente sur un des pôles de la bobine (R) du relais électromécanique. Ledit relais colle ce qui entraîne la fermeture des contacts travail à la fois pour (T1) qui se substitue immédiatement à la fermeture de (S1) et pour (T2) qui court-circuite le triac (6). Dès cet instant, la quasi totalité du courant traversant la charge (L) et provenant de la phase, passe par la branche de dérivation de plus faible résistance, soit les contacts (T2). Par suite le triac (7) ne s'échauffe pas même si la charge (L) est importante. En utilisant des optotriacs à détection de passage à zéro de courant dans ce dispositif aucune perturbation radioélectrique n'est à craindre lors de la fermeture des relais statique s. Lorsque le dispositif est enclenché il suffit d'appuyer sur le bouton poussoir (S2) pour le déclencher. En effet l'action en (S2) court-circuite l'entrée de l'optotriac (11) qui bloque instantanément le triac (14) libérant le relais électromécanique (R) dont les contacts travail (T1) et (T2) s'ouvrent pratiquement en même temps. L'ouverture de (T1) provoque le blocage du premier relais statique (4 et 7). L'ouverture de (T2) coupe la dérivation de la phase à la charge (L). Pour éviter que l'ouverture de (T2) provoque une étincelle, on retarde le blocage du premier relais statique (4 et 7) par l'adjonction d'un condensateur (3) en parallèle sur l'entrée diode de l'optotriac (14). Ainsi le triac (7) est encore passant lorsque s'ouvre (T2). Ce dispositif se prête aux applications industrielles puisque la commutation de puissance concerne des domaines multiples qui vont de la production au domestique en passant par le tertiaire. D'autre part la démocratisation des produits tels que les relais électromécaniques, les semi-conducteurs spécialisés ou les composants optoélectroniques, permet d'envisager une production aisée, peu onéreuse de modules de commutation bistables associant à la fois triacs (ou alternistors ou thyristors) et relais électromécaniques classiques (ou à mercure pour être parfaitement silencieux). Ces modules de commutation bistables mixtes (c'est à dire mélangeant largement l'électronique à l'électromécanique de précision) seront peu encombrants et ne dissiperont pas de chaleur. L'intégration maximum et le moulage de ces modules peuvent augmenter lesdits avantages et améliorer de pair leur fiabilité et leur solidité. REVENDICATIONS 1) Dispositif bistable pour commuter sur secteur alternatif une charge caractérisé en ce qu'il comporte un relais statique (4 et 7) qui commande à la fois la charge (L) et un autre relais statique (11 et 14) pilotant lui-même la bobine (R) d'un relais électromécanique. 2) Dispositif bistable selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il utilise deux contacts travail (T2) du relais électromécanique pour court-circuiter le premier relais statique (7) lorsqu'il est passant et deux autres contacts travail (T1) du même relais électromécanique pour assurer l'automaintien du dispositif. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte un bouton poussoir (S2) court-circuitant l'entrée du deuxième relais statique (11) pour ouvrir le circuit électrique sur le secteur. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il utilise deux optocoupleurs à détection intégrée de passage à zéro de courant (4 et 11) pour commander les deux relais statiques (7 et 14). 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur (3) de valeur appropriée en parallèle avec l'entrée diode du premier optocoupleur (4) afin de prolonger la conduction du premier relais statique (4 et 7) durant la réouverture du relais électromécanique. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il utilise deux circuits de commande très basse tension indépendants et isolés pour assurer, grâce à deux boutons poussoir (S1 et S2), !'ouverture ou la fermeture d'un circuit électrique sur secteur alternatif.