Brevet FR2803956A1 — publié le 20010720

" Dispositif et procédé pour alimenter une bobine de commande d'un contacteur électrique, notamment d'un contacteur de puissance" DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif pour alimenter une bobine de commande d'un contacteur électrique, notamment un contacteur de puissance. Elle vise également un procédé mis en #uvre dans ce dispositif. Les contacteurs de puissance comportent généralement une bobine agencée pour générer un champ électromagnétique et commander ainsi le déplacement d'un équipage mobile portant une pièce mécanique de contact électrique. Ces contacteurs de puissance sont conçus pour fermer et ouvrir des circuits électriques dans lesquels des courants de forte intensité peuvent circuler. On distingue dans le fonctionnement de ces contacteurs de puissance deux situations caractéristiques correspondant respectivement au régime transitoire d'installation du courant dans la bobine et au régime permanent d'alimentation de la bobine. Pendant le régime transitoire dont la durée doit être minimisée pour réaliser un contacteur de puissance performant, un courant d'appel de forte intensité est injecté dans la bobine. A l'inverse, au cours du régime permanent correspondant par exemple au maintien de la pièce de contact électrique en position fermée, dont la durée est généralement très grande devant la durée du régime transitoire, le courant qu'il est nécessaire d'injecter dans la bobine pour réaliser ce maintien est typiquement très petit par rapport au courant d'appel. Jusqu'à présent, pour générer à la fois un courant d'appel élevé pendant un temps très court et un courant de maintien faible pendant de larges plages de temps, on utilisait un dispositif d'alimentation connecté à une sourde de tension continue et comprenant, en série avec cette source de tension continue, un interrupteur et une résistance de forte valeur et, en parallèle sur la bobine de commande à alimenter, un condensateur ayant pour fonction de délivrer le courant d'appel. En régime établi, le courant de maintien est déterminé à la fois par le niveau de tension continue et la résistance de la self- inductance et de la bobine de commande. Ce dispositif d'alimentation, bien que largement répandu et ayant prouvé sa fiabilité, présente cependant l'inconvénient de rendre l'alimentation électrique de la bobine fortement dépendante des fluctuations de la source de tension continue, ce qui peut notamment conduire à un échauffement excessif de la bobine en cas de surtension prolongée avec pour conséquence un risque de défaillance du contacteur de puissance. Par ailleurs, il existe une grande variété de contacteurs de puissance ayant des performances différentes et notamment des pouvoirs de coupure variée. Pour chaque type de contacteur de puissance, il est nécessaire de prévoir un dimensionnement spécifique du dispositif d'alimentation, ce qui induit une gestion particulièrement complexe et donc coûteuse des parcs de dispositifs d'alimentation. Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient en proposant un nouveau concept de dispositif d'alimentation d'une bobine de commande d'un contacteur de puissance, qui puisse prendre en compte des fluctuations de la tension d'alimentation tout en procurant une alimentation stable de la bobine de commande et en assurant un niveau de fiabilité au moins équivalent sinon supérieur à celui observé avec les dispositifs actuels. On atteint les objectifs précités avec un dispositif pour alimenter une bobine de commande d'un contacteur électrique, notamment d'un contacteur de puissance, à partir d'une source de tension continue, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de conversion continu-continu disposés entre la source de tension continue et ladite bobine, des moyens pour commander lesdits moyens de conversion continu-continu, et des moyens pour générer une information sur le courant injecté dans ladite bobine. Les moyens de commande sont agencés pour commander, en réponse à un ordre d'alimentation, les moyens de conversion continu-continu de sorte que le courant injecté dans la bobine est asservi à une consigne programmée de courant comportant une séquence d'injection d'un courant d'appel et une séquence d'injection d'un courant de maintien. Grâce à l'asservissement du courant injecté, on obtient ainsi dans la bobine de commande des conditions optimales de fonctionnement. Les moyens de conversion continu-continu comprennent de préférence un convertisseur indirect, communément appelé convertisseur Fly-Back. Cette solution technique est particulièrement intéressante dans la mesure où elle procure un haut niveau de tolérance aux variations de la tension d'entrée, un rendement particulièrement élevé et un bon compromis entre le dimensionnement du circuit magnétique du convertisseur Fly-Back conditionné par la puissance instantanée à délivrer dans la séquence de courant d'appel et le dimensionnement des enroulements dudit convertisseur qui est conditionné par l'échauffement dans la séquence de courant de maintien. En outre, un convertisseur Fly-back autorise une grande excursion, d'un rapport de dix par exemple, aussi bien de la puissance d'entrée que de la puissance de sortie, ceci permet une tension aux bornes de la bobine indépendante de la tension d'entrée dudit dispositif. La gestion des parcs de dispositifs d'alimentation pour des contacteurs de puissance différents est ainsi simplifiée. Les moyens de commande comprennent avantageusement des moyens pour comparer l'information de courant à la consigne programmée de courant, et des moyens de modulation de largeur d'impulsion recevant en entrée un signal de comparaison délivré par lesdits moyens de comparaison et générant en sortie un signal de commande de moyens de commutation commandés au sein du convertisseur Fly-Back. Les techniques classiques de modulation de largeur d'impulsion (PWM : Pulse Width Modulation) peuvent alors être mises en #uvre. Ces moyens de commande peuvent en outre être programmés pour commander le convertisseur Fly-Back en mode de correction de facteur de puissance. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé pour alimenter une bobine de commande d'un contacteur électrique, notamment d'un contacteur de puissance, à partir d'une source de tension continue, mis en #uvre dans le dispositif selon l'invention, ce procédé comprenant une conversion de la tension délivrée par la source de tension continue en une tension variable d'alimentation de ladite bobine. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend en outre une génération d'une information sur le courant instantané injecté dans ladite bobine, et une commande de la conversion continu-continu de sorte que le courant injecté dans la bobine est asservi à une consigne programmée de courant comportant une séquence d'injection d'un courant d'appel et une séquence d'injection d'un courant de maintien. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est un schéma synoptique d'un exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation selon l'invention ; et - la figure 2 est un chronogramme des signaux principaux et états observés dans le fonctionnement du dispositif d'alimentation selon l'invention. On va maintenant décrire, en référence aux figures précitées, un exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation d'une bobine de commande d'un contacteur électrique, en même temps que son fonctionnement. Le dispositif d'alimentation 1 selon l'invention est inséré entre une source de tension continue 2 et une bobine 30 d'un contacteur électrique de puissance 3 comportant une pièce mobile de contact 31 entre deux pôles reliés à un circuit de puissance CP dans lequel circule un courant I qui peut être de forte intensité. Le niveau de tension continue en entrée du dispositif d'alimentation 1 peut être variable, par exemple dans une plage de 16 à 150 Volts, tandis que la tension nominale aux bornes de la bobine 30 est par exemple égale à 24 Volts. Le dispositif d'alimentation 1 comprend un convertisseur Fly-Back 10, un équipement de mesure du courant i injecté dans la bobine 30 tel qu'un shunt 8, et une unité de commande 9. Le convertisseur Fly-Back 10 comprend, selon une structure désormais classique, un transistor de puissance 13, un transformateur 11 comportant un circuit magnétique 110 et deux enroulements 111, 112 respectivement primaire et secondaire, une diode de puissance 12 en série avec l'enroulement secondaire 112 et un condensateur 7 en parallèle sur la sortie du convertisseur. L'unité de commande 9 reçoit en entrée, d'une part, un signal représentatif du courant injecté i et, d'autre part un ordre C de commande du contacteur électrique délivré par une unité de consigne 5, et délivre en retour un signal de commande G appliqué sur un circuit 6 de commande de la grille du transistor de puissance 13. L'unité de commande 9 est conçue pour réaliser les fonctions suivantes . - comparaison du courant instantané i mesuré et d'une consigne de courant programmée comprenant, en référence à la figure 2 a), une première séquence A courant d'appel d'intensité élevée nécessaire au déplacement de la pièce de contact pendant une première durée prédéterminée, et une seconde séquence de courant de maintien d'intensité très inférieure à celle du courant d'appel et suffisante pour assurer le maintien de la pièce de contact ; - commande en modulation de largeur d'impulsions du transistor de puissance 13, avec fonction de correction du facteur de puissance (PFC). Cette unité de commande peut être conçue par exemple à base de circuits intégrés et inclure, en fonction de la complexité de la commande recherchée, un circuit spécialisé de type MLI/PWM et/ou un micrcontrôleur et/ou un circuit de type PFC (Power Factor Corrector). La consigne de courant programmée peut être stockée dans une mémoire morte ou dans tout autre moyen de stockage approprié. On peut aussi prévoir des versions compactes et économiques de dispositifs d'alimentation intégrant selon des techniques classiques de fabrication l'ensemble des fonctions de puissance et de commande sur un même support. On va maintenant décrire, plus particulièrement en référence à la figure 2, les séquences caractéristiques d'appel et de maintien exécutées lors d'une commande d'un contacteur électrique avec le dispositif d'alimentation selon l'invention. En l'absence de consigne de commande C, l'unité de commande 9 délivre un signal G de commande de transistor au niveau bas et le convertisseur Fly-Back 10 est alors inactif, interdisant toute alimentation de la bobine de commande 30. A l'apparition d'un signal de consigne de commande correspondant par exemple au passage du contacteur électrique 3 de l'état ouvert dans l'état fermé , l'unité de commande 9 initie une séquence A de courant d'appel IA pendant une durée prédéterminée tA, les deux paramètres d'intensité d'appel IA et de durée tA étant préalablement choisis de façon à obtenir une commutation électromécanique du contacteur électrique 3 dans des conditions optimales. Au cours de cette séquence de courant d'appel, le convertisseur Fly-Back 10 est commandé avec des temps de conduction suffisamment grands pour assurer un asservissement du courant injecté i à une consigne de courant élevé IA. Le signal de commande G peut alors présenter alors un rapport cyclique variable voisin de 0,5. A l'issue de la durée prédéterminée tA, l'unité de commande 9 bascule alors dans la séquence M de courant de maintien au cours de laquelle le courant i injecté dans la bobine 30 est asservi à une consigne de courant de maintien IM qui peut être de 5 à 10 fois inférieure à la consigne de courant d'appel IA. Au cours de cette séquence de courant de maintien, le convertisseur Fly-Back 10 est commandé avec des temps de conduction très inférieurs à ceux observés dans la séquence de courant d'appel de sorte que le courant injecté dans la bobine 30 est asservi sur la consigne de maintien IM. Lors d'une séquence de commande, le contact électrique dans le circuit de puissance CP est définitivement établi avec un temps de retard par rapport à l'émission du signal d'ordre de contact qui est en général inférieur à la durée de la séquence de courant d'appel, tandis qu'il est définitivement rompu après un temps de retard par rapport au front descendant du signal d'ordre de contact. Ces temps de retard dépendent des caractéristiques électromécaniques intrinsèques du contacteur électrique alimenté mais sont aussi fonction des paramètres de la consigne de courant programmée. Le dispositif d'alimentation selon l'invention procure un réglage aisé des courants respectifs d'appel et de maintien et des durées respectives d'appel et de maintien. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour alimenter une bobine de commande d'un contacteur électrique, notamment d'un contacteur de puissance, à partir d'une source de tension continue, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de conversion continu-continu disposés entre la source de tension continue et ladite bobine, des moyens pour commander lesdits moyens de conversion continu-continu, et des moyens pour générer une information sur le courant injecté dans ladite bobine, et en ce que les moyens de commande sont agencés pour commander, en réponse à un ordre d'alimentation, les moyens de conversion continu-continu de sorte que le courant injecté dans la bobine est asservi à une consigne programmée de courant comportant une séquence d'injection d'un courant d'appel et une séquence d'injection d'un courant de maintien. 2. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de conversion continu- continu comprennent un convertisseur Fly-Back. 3. Dispositif d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent des moyens pour comparer l'information de courant à la consigne programmée de courant, et des moyens de modulation de largeur d'impulsion recevant en entrée un signal de comparaison délivré par lesdits moyens de comparaison et générant en sortie un signal de commande de moyens de commutation commandés au sein du convertisseur Fly-Back. 4. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de commande sont en outre agencés pour commander le convertisseur Fly-Back en correcteur de facteur de puissance. 5. Procédé pour alimenter une bobine de commande d'un contacteur électrique, notamment d'un contacteur de puissance, à partir d'une source de tension continue, mis en #uvre dans le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une conversion de la tension délivrée par la source de tension continue en une tension variable d'alimentation de ladite bobine, une génération d'une information sur le courant instantané injecté dans ladite bobine, et une commande de la conversion continu-continu de sorte que le courant injecté dans la bobine est asservi à une consigne programmée de courant comportant une séquence d'injection d'un courant d'appel et une séquence d'injection d'un courant de maintien. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le convertisseur continu-continu est de type Fly-Back. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la commande de la conversion continu- continu comprend une comparaison de l'information de courant instantané et de la consigne programmée de courant, et une modulation de largeur d'impulsions pour générer un signal de commande de moyens de commutation commandés mis en #uvre dans la conversion continu-continu. 8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la commande inclut une correction de facteur de puissance.