Brevet FR2770336A1 — publié le 19990430

La présente invention concerne un dispositif de commande pour appareil de type contacteur-disjoncteur électromécanique à contacts de puissance sépa- rables, comprenant un électroaimant muni d'une bobine de commande pour la fermeture et l'ouverture volontaires des contacts, un électroaimant à bo- bine de déclenchement pour l'ouverture des contacts en cas de défaut élec- trique et une source d'énergie pour les bobines. Comme on le sait, un appareil contacteur électromécanique nécessite une consommation de courant substantielle lorsque son électroaimant de com- 0o mande doit fermer les contacts; en revanche, la consommation en courant doit être réduite au minimum lorsque les contacts restent à l'état fermé. Il est d'autre part souhaitable d'alimenter et de contrôler de façon aussi simple que possible la bobine de commande et la bobine de déclenchement d'un appareil contacteur-disjoncteur électromécanique du type précité. L'invention a pour but de réduire au minimum la consommation d'un dispo- sitif de commande pour appareil contacteur-disjoncteur électromécanique, tout en simplifiant la réalisation de ce dispositif. Selon l'invention, I'électroaimant de commande volontaire est du type bista- ble et l'électroaimant de déclenchement est du type monostable; un pont d'interrupteurs commutateurs en H est associé à la bobine de commande et un interrupteur de déclenchement est disposé en série avec la bobine de déclenchement; la source d'énergie de la bobine de commande à la ferme- ture est une source de tension externe, tandis que la source d'énergie de la bobine de commande et de la bobine de déclenchement à l'ouverture est constituée par une capacité montée en parallèle aux bobines. De préférence, un circuit de commande sollicite d'une part les interrupteurs commutateurs du pont pour faire circuler en sens direct ou inverse un cou- rant de commutation dans la bobine de commande, et d'autre part l'interrup- teur de déclenchement, en fonction du courant mesuré par des capteurs 2 2770336 respectivement associés à la bobine de commande et à la bobine de dé- clenchement. Il est avantageux que le circuit de commande pilote séquentiellement les interrupteurs commutateurs et l'interrupteur de déclenchement, de manière à assurer en cas de défaut une décharge prioritaire de la capacité dans la bobine de déclenchement. Dans un mode d'exécution bénéficiant d'une grande sécurité, une capacité 1o d'ouverture normale est montée en parallèle à la bobine de commande et à son pont d'interrupteurs et une capacité d'ouverture sur défaut est montée en parallèle à la bobine de déclenchement; cette dernière est reliée d'une part au pôle positif du pont et de la capacité d'ouverture normale via une première diode et d'autre part au pôle positif de la capacité d'ouverture sur défaut via une seconde diode, les diodes étant montées en opposition avec le point commun de leurs cathodes relié à la bobine de déclenchement. Les capteurs de courant sont avantageusement des résistances connectées au pont d'interrupteurs commutateurs et à l'interrupteur de déclenchement de manière à ne solliciter qu'une seule entrée du circuit de commande. La description d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention est faite ci-après, en regard des dessins annexes. La figure 1 est un schéma du dispositif de commande conforme à l'invention. La figure 2 montre une variante de réalisation du dispositif. La figure 3 représente un détail d'une variante. Le dispositif de la figure 1 est destiné à commander un appareil contacteur- disjoncteur électromécanique à contacts de puissance séparables. Pour as- 3 2770336 surer la fermeture et l'ouverture volontaires des contacts, I'appareil com- prend un électroaimant E1 de type bistable muni d'une bobine L1 et d'une armature mobile non représentée dont le maintien dans deux positions ex- trêmes stables est assuré par des aimants permanents; I'appareil comprend en outre, pour assurer une ouverture rapide des contacts en cas de défaut électrique sur l'une au moins des lignes de puissance contrôlées par les contacts, un électroaimant déclencheur monostable E2 dont on a représenté la bobine L2 et qui coopère avec un mécanisme déclencheur non représen- té. La commutation de l'électroaimant E1 vers l'un ou l'autre de ses états io stables est due au passage du courant dans la bobine L1 dans l'un ou l'au- tre sens. Le dispositif de commande 10 est alimenté à partir d'une source d'énergie électrique externe continue ou alternative redressée de tension V par deux conducteurs 1,2 de potentiel respectivement haut et bas via un interrupteur marche-arrêt l0 à commande maintenue; on prévoit sur le conducteur haut 1 une diode antiretour Do et, de manière facultative (voir figure 2), un organe 3 d'adaptation de tension et de limitation de consommation; les bobines L1,L2, ainsi qu'une capacité de commutation Cl, sont disposées en parallèle entre les conducteurs 1,2. L'organe 3 permet d'éviter des pointes de courant et d'assurer un temps minimal de charge de la capacité. Pour commander la circulation du courant dans la bobine L1, le dispositif comporte un pont 11 d'interrupteurs électroniques en H associé à la bobine L1. Il comporte de plus un circuit de commande 12 qui est alimenté à partir de la tension V et qui commande d'une part les interrupteurs T1 -T4 du pont 11, d'autre part un interrupteur T5 mis en série avec la bobine L2. Les inter- rupteurs T1-T4 sont par exemple des transistors placés en série avec la bo- bine L1 de manière que celle-ci soit parcourue par le courant provenant de la source de tension via les conducteurs 1,2 dans un sens quand les transis- tors T1,T4 sont passants et les transistors T3,T2 bloqués et dans l'autre sens quand T1,T4 sont bloqués et T3,T2 passants. A chaque interrupteur T1-T4 est associée une diode respective de récupération D1-D4 et à l'inter- 4 2770336 rupteur T5 est associée une diode de récupération D5. Le pont 11 peut être intégré dans le circuit 12. Il est prévu pour mesurer le courant parcourant la bobine L1 de l'électroai- mant bistable un capteur de courant 13. Ce capteur peut être constitué d'une résistance judicieusement placée; ainsi, le pôle négatif des interrupteurs bas du pont 11 est par exemple relié à une borne d'une résistance R1, ainsi qu'à une entrée 12c du circuit de commande 12, tandis que l'autre borne de la résistance R1 est connectée au pôle négatif de la tension d'alimentation o et par là aux anodes des diodes D2,D4. En série avec la bobine de déclen- chement L2 est disposé un capteur de courant 14; ce capteur peut de même être une résistance R2 de mesure du courant dans la bobine de déclenche- ment, cette résistance étant reliée à une entrée du circuit de commande 12. Le circuit de commande 12 est relié par une connexion 12a au point milieu d'un diviseur de tension R3,R4 disposé entre les conducteurs 1,2 pour pren- dre en compte sans retard la présence de tension au-dessus d'un certain seuil ou la chute de tension au-dessous d'un certain seuil et est alimenté par une connexion 12b grâce à une capacité C2 située entre les conducteurs 1,2 et connectée au conducteur 1 via une diode D7. Le circuit 12 est connec- té par une entrée 12c au capteur de courant 13, par une entrée 12d au capteur de courant 14 et par des sorties 12e,12f aux entrées de commande des transistors T1 -T4 et respectivement du transistor T5. Une connexion suplémentaire 12g reliée au pôle positif du pont 11 ou de la capacité C1 permet de détecter la charge de celle-ci. Le circuit de commande peut être éventuellement apte à tester la pente de charge de la capacité C1 pour dé- terminer si celle-ci est opérationnelle. Dans le mode de réalisation préféré illustré sur la figure 3, le pôle négatif de la résistance de mesure R1 est connecté d'une part à l'interrupteur de dé- clenchement T5, d'autre part au conducteur négatif 2 par la résistance de mesure R2; de la sorte, la liaison avec l'entrée 12d du circuit de commande 2770336 12 peut être supprimée et il suffit de solliciter une seule entrée 12c du circuit de commande pour assurer la détection du courant dans les deux bobines. Le dispositif décrit fonctionne de la manière suivante. Quand on ferme à l'instant to l'interrupteur marche-arrêt lI, la capacité C1 se charge à partir de la source externe A à travers une résistance limitatrice ou autre organe limiteur de courant propre à l'organe 3 et il en est de même pour C2; le circuit de commande 12 est activé à l'instant t, quand il constate io que le potentiel entre A1 et A2 est supérieur à un seuil initial Vl déterminé et que Cl est chargée. Le circuit de commande ferme alors T1 et T4, puis effectue une série contrôlée d'ouvertures et fermetures de T1, pour faire cir- culer l'énergie voulue en sens direct dans la bobine L1 au moyen d'impul- sions de courant; quand T1 est fermé, le courant passe dans T1,L1,T4 et R1; quand T1 est ouvert, le courant passe dans L1,T4,R1,D2. La décharge de Cl lors des phases d'ouverture de T1 ne se répercute pas sur C2 du fait de la présence de la diode D7. A un instant t2 déterminé par le circuit 12, celui-ci met les transistors T1-T4 au repos; I'électroaimant, par sa nature bistable, reste maintenu dans son état enclenché, et les contacts de puis- sance restent fermés, tant que l'interrupteur marche-arrêt lI reste fermé. La bobine L1 n'ayant pas besoin de courant de maintien, il est seulement nécessaire d'assurer une simple compensation des pertes et la poursuite du fonctionnement du circuit de commande si l'organe 3 est prévu, il détermine une limitation du niveau du courant d'alimentation. Pour ouvrir de manière volontaire les contacts de puissance, on ouvre à l'instant t3 I'interrupteur marche-arrêt lo; le circuit de commande 12 détecte sur sa connexion 1 2a la chute de la tension d'alimentation au dessous d'un seuil V3, tout en continuant d'être alimenté par la capacité C2. Le circuit 12 ouvre les interrupteurs T1 et T4 et ferme de manière continue ou modulée les interrupteurs T2 et T3. Le courant issu de la capacité C1 circule ainsi en sens inverse dans la bobine L1, dont l'armature commute, et il en résulte 6 2770336 l'ouverture des contacts de puissance. La valeur de la capacité Cl est telle qu'elle se décharge plus rapidement que C2 afin que le circuit de commande reste opérationnel jusqu'à l'ouverture des contacts. Quand la tension re- passe au-dessous d'un seuil minimal V4, le circuit 12 bloque à l'instant t4 les interrupteurs T2 et T3. Lorsqu'un défaut électrique tel qu'une surintensité est constaté par un cap- teur de courant associé au circuit de puissance, le circuit de commande 12 reçoit sur son entrée 12c un signal correspondant; en conséquence, il io laisse au repos les interrupteurs T1-T4 et rend passant le transistor T5 de sorte que le courant de la capacité C1 traverse la bobine L2 qui actionne le mécanisme déclencheur. Puis le circuit 20 rend passant les transistors T2,T3 pour faire circuler dans la bobine L1 un courant apte à mettre l'élec- troaimant de commande dans un état confirmant l'ouverture des contacts; i5 dans cette phase, le transistor T5 peut être bloqué pour contrôler le niveau de décharge de la capacité C1. La même séquence de déclenchement peut être initiée en réponse à une absence de courant dans la bobine L1 suite à une fermeture de l'interrupteur Io. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la tension V est appliquée d'une part au pont en H 10 et à la capacité C1 via la diode D6 et d'autre part à une capacité additionnelle C'1 via une diode D'6. La charge des capacités C1 et C'1 s'effectue donc à travers la résistance de l'organe 3 et respectivement la diode D6 et la diode D'6. Les bornes positives des capacités C1,C'1 sont reliées à la borne haute de la bobine de déclenchement L2 via deux diodes en opposition D8,D9 dont le point commun des cathodes est désigné par B1. Le point de potentiel bas de la branche de déclenchement L2,T5,R2 est dé- signé par B2. Le circuit de commande 12 est disposé entre B1 et B2. Ce dispositif a pour avantage de permettre de remédier aux risques de dysfonc- tionnement en cas de défaillance de l'une ou l'autre capacité. Ainsi, lorsqu'on veut commuter le dispositif pour ouvrir les contacts, si la ca- pacité C1 est ouverte, le circuit de commande 12 détecte l'absence de cou- 7 2770336 rant dans la bobine L1 et la résistance R1, et en conséquence rend T5 pas- sant; la capacité C'1 se décharge via la diode D9 dans la bobine de déclen- chement L2 pour ouvrir les contacts. Si la capacité C'1 est ouverte et que survient dans le circuit de puissance un défaut, par exemple un court-circuit, la capacité Cl se substitue à C'1 via la diode D8 pour alimenter la bobine L2 et ouvrir les contacts. Si la capacité C'l se met en court-circuit lors du fonc- tionnement du dispositif, les diodes D8,D9 montées en opposition isolent la capacité en court-circuit de la capacité C1 qui peut dès lors alimenter la bo- bine L2 avec l'énergie nécessaire dès la fermeture de T5. Il convient de no- io ter que le circuit de commande 12 connecté au point B1 voit la plus grande des tensions disponible aux bornes de C1 et C'1. 98 2770336 Revendications 1. Dispositif de commande d'un appareil contacteur-disjoncteur électromé- canique à contacts de puissance séparables comprenant d'une part un électroaimant muni d'une bobine de commande pour la fermeture et l'ouver- ture volontaires des contacts et d'autre part un électroaimant à bobine de déclenchement pour l'ouverture des contacts en cas de défaut, ainsi qu'une source d'énergie pour les bobines, caractérisé par le fait que: - I'électroaimant (El) de commande volontaire est du type bistable et l'élec- troaimant (E2) de déclenchement est du type monostable, - un pont (11) d'interrupteurs commutateurs est associé à la bobine de com- mande (L1) et un interrupteur de déclenchement (T5) est disposé en série avec la bobine de déclenchement (L2), - la source d'énergie de la bobine de commande (L1) à la fermeture est une source de tension externe (V), tandis que la source d'énergie de la bobine de commande (L1) et de la bobine de déclenchement (L2) à l'ouverture est constituée par une capacité (C1; C1,C'1l) montée en parallèle aux bobines (L1,L2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que - un circuit de commande (12) sollicite d'une part les interrupteurs commuta- teurs (Tl -T4) du pont pour faire circuler un courant de commutation dans la bobine de commande (L1), dans l'un ou l'autre sens, et d'autre part l'inter- rupteur de déclenchement (T5), en fonction du courant mesuré par des capteurs (13,14) respectivement associés à la bobine de commande (L1) et à la bobine de déclenchement (L2), 9') 2770336 - le circuit de commande (12) pilote séquentiellement les interrupteurs com- mutateurs (T1-T4) et l'interrupteur de déclenchement (T5), de manière à as- surer en cas de défaut une décharge prioritaire de la capacité (C1l) dans la bobine de déclenchement (L2). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une capacité d'ouverture normale (Cl) est montée en parallèle à la bobine de commande (L1I) et à son pont (11) d'interrupteurs, une capacité d'ouverture sur défaut (C'1l) est montée en parallèle à la bobine de déclenchement (L2), cette der- nière étant reliée d'une part au pôle positif du pont et de la capacité d'ouver- ture normale via une première diode (D8) et d'autre part au pôle positif de la capacité d'ouverture sur défaut via une seconde diode (D9), les diodes étant montées en opposition avec le point commun (B1) de leurs cathodes relié à la bobine de déclenchement (L2). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait les capteurs de courant (13,14) sont agencés en pont résistif (R1,R2) connecté d'une part au pont (11) d'interrupteurs commutateurs et à l'interrupteur de déclenchement (T5), d'autre part à une seule entrée (12c) du circuit de commande (12). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit de commande (12) est apte à piloter les interrupteurs commutateurs (T1-T4) par des impulsions modulées. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit de commande (12) comprend un organe réducteur de consommation (3).