Brevet FR2773259A1 — publié le 19990702

Circuit de commande de contacteurs en continu L'invention concerne un circuit de commande de contacteurs en continu. La commande des contacteurs doit, dans certaines circonstances, pouvoir être maintenue en cas de microcoupures de l'alimentation pouvant atteindre plusieurs centaines de millisecondes. Dans un tel cas, les contacteurs utilisés sont à commande en courant continu et de gros condensateurs sont prévus sur le circuit de commande afin de constituer une réserve d'énergie. Ces contacteurs à commande en courant continu sont plus encombrants et plus chers que les contacteurs à commande en courant alternatif. L'un des buts de l'invention est de proposer un circuit de commande de contacteurs en continu qui permette d'utiliser des contacteurs à commande en courant alternatif. Un autre but de l'invention est de proposer un circuit de commande de contacteurs en continu qui. permette d'utiliser des condensateurs plus petits pour le stockage de la réserve d'énergie. L'invention a aussi pour but de proposer un circuit de commande de contacteurs en continu qui assure la détection des défauts de fermeture et d'ouverture du contacteur. Pour respecter la qualité du réseau de distribution, les installations utilisant des contacteurs doivent etre protégées pour ne pas provoquer de perturbations électromagnétiques sur le réseau. Un autre but encore de l'invention est de proposer un circuit de commande de contacteurs en continu qui ne provoque pas de perturbation électromagnétiques externes. Enfin, un but de l'invention est de proposer un circuit de commande de contacteurs en continu susceptible d'assurer la commande de plusieurs contacteurs. L'invention a pour objet un circuit de commande de contacteurs en continu, comportant deux bornes d'alimentation en courant continu entre lesquelles est disposé un condensateur de stockage d'énergie, deux bornes de sortie entre lesquelles est disponible la tension d'alimentation d'un contacteur, et un commutateur électronique, caractérisé en ce qu'il comporte - au moins un module comprenant ledit commutateur électronique et les bornes de sortie et assurant l'alimentation du contacteur, et - un microcontrôleur qui d'une part contrôle le commutateur électronique et d'autre part surveille la tension de sortie du module. Selon d'autres caractéristiques - le microcontrôleur surveille la tension de sortie du module d'une part par son niveau, d'autre part par sa dérivée - le microcontrôleur est relié à la borne de sortie du module par l'intermédiaire d'une résistance pour surveiller le niveau de la tension de sortie - le microcontrôleur reçoit la dérivée de la tension de sortie par l'intermédiaire d'une diode reliée à un condensateur - le condensateur de stockage d'énergie est dimensionné pour assurer seulement le courant de maintien du contacteur. D'autres caractéristiques ressortent de la description qui suite faite avec référence au dessin annexé sur la Figure unique duquel est représenté un schéma électrique simplifié d'un circuit de commande de contacteurs en continu selon l'invention. Sur la figure unique, les deux bornes 1, 2 d'alimentation en courant continu délivrent une tension U1 qui est susceptible d'être perturbée par des microcoupures d'une durée de quelques dizaines de ms et inférieure à 300 ms, par exemple. Entre ces deux bornes 1, 2 est disposé un condensateur 3 assurant le stockage d'une réserve d'énergie. Les bornes d'alimentation 1., 2 alimentent respectivement deux conducteurs 4 et 5. Entre. ces deux conducteurs 4 et 5 est disposé un microcontrôleur 6 alimenté par l'intermédiaire d'un régulateur 7. Le microcontrôleur 6 est muni d'une liaison 20, locale ou distante, avec une unité centrale non représentée, par l'intermédiaire d'une interface de communication 21. Les conducteurs 4 et 5 alimentent un ou plusieurs modules 8 en parallèle, ce ou ces modules 8 étant sous le contrôle du microcontrôleur 6. La description suivante faite pour un module 8 est valable pour chacun des modules 8. Le conducteur 4 alimente en série : un commutateur électronique 9 commandé par le microcontrôleur 6, une self-inductance 10 et un condensateur 11 relié par ailleurs au conducteur 5. Aux bornes du condensateur il sont disposées les deux bornes de sortie 12 et 13 du module 8, entre lesquelles est disponible la tension n6 d'alimentation de la bobine du contacteur à commander. Ce contacteur est alimenté en courant continu, mais il a de préférence la structure d'un contacteur destiné à être alimenté en courant alternatif, c'est-à-dire une structure moins encombrante que celle d'un contacteur destiné à être alimenté en continu. En parallèle sur la self-inductance 10 et le condensateur 11 est disposée une première diode 14, dont l'anode est reliée au conducteur 5 et la cathode au conducteur 4, pour assurer le passage du courant à l'ouverture du commutateur électronique 9. Le point commun à la self-inductance 10 et au condensateur 11 est relié d'une part A la borne de sortie 12, d'autre part à une résistance 15. La résistance 15 est, de son côté, relié au microcontrôleur 6 d'une part directement par un conducteur 16, d'autre part par l'intermédiaire d'une deuxième diode 17 par un conducteur 18. La cathode de la diode 17 est reliée au microcontrôleur 6 et à un condensateur 19 relié par ailleurs au conducteur 5. Ainsi, le conducteur 16 transmet au microcontrôleur 6 une information proportionnelle au niveau de la tension de sortie du module 8, et le conducteur 18 lui transmet une information proportionnelle à la dérivée de cette tension de sortie, soit dV/dt. Le commutateur électronique 9 assure le découpage de la tension continue d'alimentation U1 avec une fréquence de l'ordre de quelques dizaines de Khz. La self-inductance 10 sert au découpage et le condensateur 11 assure le filtrage de la haute fréquence de découpage de sorte que, entre les bornes de sortie 12 et 13 du module A, la tension disponible soit sensiblement continue. Le microcontrôleur 6 commande le temps de fermeture du commutateur électronique 9 de façon à faire varier la tension continue disponible entre les bornes de sortie 12 et 13. Pour la commande de fermeture du contacteur dont la bobine est alimentée par les bornes de sortie 1 et 13 du module 8, le microcontrôleur 6 contrôle le temps de fermeture du commutateur électronique 9, dans son cycle en haute fréquence, pour contrôler un front de montée de la tension de sortie U6 qui peut durer plusieurs millisecondes de façon à ne pas générer de perturbations électromagnétiques sur le réseau. Le front de montée de la tension de sortie suit une courbe adaptée à la bobine du contacteur et à ses caractéristiques mécaniques, cette courbe étant définie par le microcontrôleur 6. Après un temps suffisant pour assurer le collage du contacteur, le microcontrôleur 6 commande l'augmentation progressive du temps de coupure du commutateur électronique 9 et ainsi la diminution de la tension de sortie, avec une pente douce de quelques Volts par milliseconde, jusqu'à une valeur faible correspondant à la tension de maintien du contacteur. Il en résulte une économie d'énergie et un échauffement moindre du contacteur. Pour la commande l'ouverture du contacteur, le microcontrôleur 6 contrôle le temps d'ouverture du commutateur électronique 9, dans son cycle en haute fréquence, pour assurer une ouverture rapide du fait de la tension faible aux bornes de la bobine, et une commutation très douce, de quelques Volts en quelques millisecondes, sans émission de perturbations électromagnétiques sur le réseau. Selon l'invention, la commande du contacteur est faite en tension continue variable. Le microcontrôleur gère la courbe de tension appliquée à la bobine du contacteur afin d'assurer un collage rapide, et le retour à une tension de maintien suffisante, permettant une ouverture rapide du contacteur. Le circuit de commande du contacteur se comporte comme un convertisseur continu-continu, le rapport entre la tension d'entrée et la tension de sortie étant déterminé par le microcontrôleur 6 par l'intermédiaire du temps de fermeture du commutateur électronique 9. En cas de coupure de la tension d'alimentation U1, la réserve d'énergie accumulée dans le condensateur 3 sous la tension Ul permet d'assurer le maintien du contacteur fermé pendant un temps Ts qui peut être exprimé par Ts = puissance stockée x r / puissance consommée avec . puissance stock = (1/2).C3.U12 où C3 est la capacité du condensateur 3 . r = rendement du convertisseur = 80 % . puissance consommée = Um2 /Rb où Um est la tension de maintien du contacteur, et Rb est l résistance de la bobine du contacteur. Il en résulte Ts = (1/2) x 0,8 x Rb x C3 x (U1/Um)2 Or le rapport U1/Um est supérieur à , d'où Ts > Rb x C3 Il en résulte que la commande de fermeture du contacteur peut être maintenue en cas de coupure de l'alimentation inférieure à 300 ms. Dans le module 8, la self-inductance 10 et le condensateur 11 sont disposés sur une carte électronique et occupent une surface réduite et facile à protéger, d sorte qu'aucune perturbation électromagnétique n'est générée à l'extérieur. Le microcontrôleur assure la surveillance de l'4tat du contacteur à partir de l'information dV/dt fournie par le conducteur 18. Fn effet, lorsque le contacteur est fermé, dV/dt est plus grand que lorsque le contacteur est ouvert. Une mesure dV/dt entre deux commutations du commutateur électronique 9 permet de surveiller l'état ouvert ou fermé du contacteur. Le microcontrôleur assure la surveillance de la mise en court-circuit de la bobine du contacteur par la surveillance du niveau de la tension de sortie par l'intermédiaire du conducteur 16. En effet, en cas de court-circuit, la tension entre les bornes de sortie tombe à une valeur proche de zéro. Lorsque l'information de niveau de tension reçue du conducteur 16 parle microcontrôleur 6 tombe en dessous d'un seuil de préférence, le microcontrôleur commande l'ouverture du commutateur électronique 9 et l'arrêt de l'alimentation du contacteur. Dans le cas de plusieurs modules 8 en parallèle, le microprocesseur 6 assure l'identification des contacteurs avant toute commande, puis il gère les séquences opératoires, la forme des courbes de tension en cas de commande de fermeture et d'ouverture des contacteurs, la surveillance de l'état des contacteurs et le diagnostic des défauts. Le circuit de commande de contacteurs selon l'invention assure ainsi un certain nombre de fonctions. Il maintient le contacteur collé en cas de coupure de la tension d'alimentation inférieure à 300 ms. il commande en continu avec une réserve d'énergie suffisante, un contacteur initialement prévu ou non en alimentation continue, sous la seule condition que la tension d'alimentation soit supérieure au produit de la résistance de la bobine par le courant d'appel du contacteur. Il assure la commande électronique de la bobine du contacteur sans générer de perturbations électromagnétiques à la f fermeture ou à 1 l'ouverture du contacteur, pour des liaisons entre le module 8 et le contacteur inférieures A 10 m environ. il assure la commande automatique d'un type de contacteur avec des paramètres définis dans le microcontrôleur, qui peut être paramétré et recevoir les commandes d d'ouverture et de fermeture par une liaison locale ou distante 20 avec une unité centrale assurant le programme utilisateur. I1 assure la détection de l'ouverture du contacteur par mesure de dV/dt entre deux commutations du commutateur électronique 9. Il assure la détection des courtscircuits de la bobine d'un contacteur et la coupure corrélative du circuit d'alimentation de cette bobine. Enfin, il augmente la durée de vie du contacteur par une maîtrise des forces de déplacement de l'armature mobile du contacteur. Le circuit de commande de contacteur selon l'invention est avantageux en particulier pour permettre l'utilisation de contacteurs à bobines prévues pour une alimentation en courant alternatif, sur des circuits d'alimentation en continu. Il est utilisable pour assurer la commande d'un contacteur avec maintien en cas de coupure inférieure à 300 ms. Il permet la détection des défauts de fermeture et d'ouverture du contacteur. Il est utilisable pour la commande d'un ou plusieurs contacteurs disposés à proximité du circuit de commande ou à une distance pouvant aller jusqu'à environ 10 m, sans risque de perturbations électromagnétiques. Enfin le circuit de commande peut être monté sur une carte de sortie d'un automate programmable gérant un ou plusieurs contacteurs. REVENDICATIONS 1. Circuit de commande de contacteurs en continu, comportant deux bornes d'alimentation en courant continu entre lesquelles est dispos un condensateur de stockage d'énergie, deux bornes de sortie entre 1 lesquelles est disponible la tension d'alimentation d'un contacteur, et un commutateur électronique, caractérisé en ce qu'il comporte - au moins un module (8) comprenant ledit commutateur électronique et les bornes de sortie (12, 13) et assurant l'alimentation du contacteur, et - un microcontrôleur (6) qui d'une part contrôle le commutateur électronique (9) et d'autre part surveille la tension de sortie du module (8). 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le microcontrôleur (6) surveille la tension de sortie du module (8) d'une part par son niveau, d'autre part par sa dérivée. 3. Circuit selon Sa revendication 2, caracterisé en ce que le microcontrôleur (h) est relié à la borne de sortie t12) du module (8) par l'intermédiaire d'une résistance (15) pour surveiller le niveau de la tension de sortie. 4. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le microcontrôleur (6) reçoit la dérivée de la tension de sortie par l'intermédiaire d'une diode (17) reliée à un condensateur tel9). 5. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le condensateur (3) de stockage d'énergie est dimensionné pour assurer seulement le courant de maintien du contacteur.