Brevet FR2818006A1 — publié le 20020614

La présente invention concerne un module de commutation multipolaire comprenant un circuit électronique de contrôle et associé à un appareil interrupteur électromagnétique multipolaire principal pour la commande et la protection d'un ou plusieurs moteurs. Un tel module de commutation sert notamment à réaliser des fonctions d'inverseur, de démarrage étoile-triangle, de démarrage à plusieurs vitesses. Il est connu de réaliser de telles fonctions en associant plusieurs appareils interrupteurs (contacteurs, etc. ) interconnectés au niveau puissance et au niveau contrôle suivant la fonction souhaitée. On connaît aussi par le brevet FR 2 758 903 ou le brevet FR 2 761 521 un module de type inverseur permettant de faire passer un moteur d'un fonctionnement en marche directe à un fonctionnement en marche inverse et vice-versa. Ces différentes solutions sont généralement encombrantes. Le but de l'invention est de proposer un module de commutation réalisant de manière intégrée une fonction de contrôle de moteur (inversion de sens de marche, démarrage étoile-triangle, démarrage à plusieurs vitesses, etc...) avec une faible largeur, sensiblement égale à la largeur de l'appareil interrupteur principal associé pour réaliser ladite fonction. Ce module présente un coût et un encombrement réduits grâce notamment à l'emploi d'un circuit de contrôle électronique. De plus, l'alimentation de ce circuit électronique est fournie uniquement par l'intermédiaire d'un dispositif de commande de moteur, connecté au module de commutation. Selon l'invention, le module de commutation multipolaire comprend plusieurs contacts de commutation commandés par un électroaimant de commutation bistable. Il est associé à un appareil interrupteur électromagnétique multipolaire principal qui est destiné à la commande d'un ou plusieurs moteurs électriques et qui comporte plusieurs contacts de puissance commandés par un électroaimant de puissance. Un dispositif de commande est connecté au module de commutation de façon à pouvoir délivrer des ordres de marche et d'arrêt pour la commande du ou des moteurs. Le module de commutation se caractérise par le fait qu'il comprend un circuit électronique de contrôle qui comporte un premier organe de commande relié à l'électroaimant de commutation, un second organe de commande relié à l'électroaimant de puissance et un microcontrôleur pilotant le premier organe de commande et le second organe de commande. Selon une caractéristique, le microcontrôleur est alimenté par un bloc alimentation du circuit électronique dont la mise sous tension est assurée lorsqu'un ordre de marche est délivré par le dispositif de commande. Le second organe de commande délivre un signal de sortie capable d'alimenter électriquement l'électroaimant de puissance et capable de maintenir l'alimentation du bloc alimentation du microcontrôleur. D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 donne une représentation schématique fonctionnelle d'un module de commutation effectuant une fonction d'inverseur sur deux phases d'un moteur, ta figure 2 détaille un exemple d'un dispositif de commande d'une fonction inverseur. Un appareil interrupteur électromagnétique multipolaire 20, tel qu'un contacteur ou un contacteur/disjoncteur, comporte trois contacts de puissance 29 destinés à commander les trois phases d'alimentation d'un moteur électrique M. Les contacts de puissance 29 sont mécaniquement couplés à un électroaimant de puissance 25 de l'appareil interrupteur 20. Un module de commutation 10 est associé à l'appareil interrupteur 20. Il comporte plusieurs contacts de commutation 19 qui opèrent sur plusieurs phases d'alimentation du moteur M. Les contacts de commutation 19 sont placés entre les contacts de puissance 29 et le moteur M. L'appareil interrupteur 20 reçoit du module de commutation 10 un signal de sortie S1 pour la commande de l'électroaimant de puissance 25. Le module de commutation 10 reçoit de l'appareil interrupteur 20 un signal d'information S2, provenant d'un contact à ouverture 26 couplé mécaniquement avec l'électroaimant de puissance 25 : le signal S2 est présent quand les contacts de puissance 29 sont ouverts. Dans l'exemple de la figure 1, il existe deux contacts de commutation 19 destinés à effectuer une fonction d'inverseur sur deux phases d'alimentation du moteur M. Dans un autre exemple, on pourrait envisager trois contacts de commutation 19 pour effectuer une fonction de démarrage étoile-triangle du moteur M ou pour effectuer une fonction de démarrage à deux vitesses (Petite Vitesse-Grande Vitesse) du moteur M. On pourrait aussi envisager de façon équivalente d'autres fonctions de contrôle avec trois contacts de commutation 19 permettant par exemple de commuter sur deux moteurs électriques différents. Le module de commutation 10 comprend un circuit électronique 11 sur lequel sont disposés un électroaimant de commutation 15, un premier organe de commande 12, un contact bistable 16 et un second organe de commande 14. L'électroaimant de commutation 15 est bistable et est commandé par le premier organe de commande 12. Il est couplé mécaniquement avec les contacts de commutation 19 ainsi qu'avec le contact bistable 16. Le second organe de commande 14 délivre le signal de sortie S1 qui peut commander l'électroaimant de puissance 25 de l'appareil interrupteur 20. Selon l'invention, le circuit électronique 11 comporte aussi un microcontrôleur 30 dont le rôle est notamment de piloter le premier organe de commande 12 et le second organe de commande 14 et de gérer les sécurités et les contrôles associés au module de commutation 10. Le microcontrôleur 30 est alimenté par un bloc alimentation 13 intégré au circuit électronique 11. Un dispositif de commande 50 est connecté au module de commutation 10 de façon à pouvoir délivrer des ordres de marche et d'arrêt A1, A'1, B1, B'1 au module de commutation 10 pour remplir une fonction d'inverseur, une fonction de démarrage étoile-triangle, une fonction de démarrage à deux vitesses du ou des moteurs M ou toute autre fonction équivalente. Dans l'exemple représenté en figure 2, le dispositif de commande 50 effectue une fonction d'inverseur à deux sens de marche (sens F/sens R) pour un moteur M. Il comporte un bouton d'arrêt 51 à ouverture et deux boutons de marche à fermeture : un premier bouton de marche 52 pour commander le sens F et un deuxième bouton de marche 52'pour commander le sens R. Quand le bouton d'arrêt 51 est fermé (pas d'ordre d'arrêt) et que le premier bouton de marche 52 est fermé (un ordre de marche sens F), un courant circule dans le signal A1. Quand le bouton d'arrêt 51 est fermé (pas d'ordre d'arrêt) et que le second bouton de marche 52'est fermé (un ordre de marche sens R), un courant circule dans le signal A'1. Tant que le bouton d'arrêt 51 reste fermé (pas d'ordre d'arrêt), un courant circule également dans les signaux B1, B'1. Comme indiqué en figure 1, le contact bistable 16 est connecté d'un côté aux deux signaux B1, B'1 et de l'autre côté au second organe de commande 14. Le contact bistable 16 est commandé par l'électroaimant de commutation 15. Suivant la position du contact bistable 16, l'organe de commande 14 reçoit donc en entrée un signal qui est soit fonction de B1, soit fonction de B'1. Le second organe de commande 14 émet en sortie le signal de sortie S1. Ce signal de sortie S1 est envoyé au bloc alimentation 13 et à l'électroaimant de puissance 25. De façon préférée, le second organe de commande 14 est un relais à fermeture commandé par le microcontrôleur 30. Quand ce relais est ouvert (position repos) aucun courant ne circule dans S1 et quand ce relais est fermé (position travail) le courant circulant dans S1 est fonction du courant circulant dans le signal B1 ou B'1 suivant la position du contact bistable 16. L'électroaimant de commutation 15 est traversé par les signaux A1 et A'1 lesquels sont ensuite reliés en parallèle au bloc alimentation 13. Lorsqu'un ordre de marche est émis à partir des boutons de marche 52 ou 52', les signaux A1 ou A'1 délivrent un courant permettant d'initialiser la mise sous tension du bloc alimentation 13. Celui-ci peut alors commander le premier organe de commande 12, tant que le microcontrôleur 30 n'est pas sous tension. Préférentiellement, le premier organe de commande 12 est un transistor dont la base est reliée au bloc alimentation 13 et à une sortie du microcontrôleur 30, dont le collecteur est relié aux signaux A1 et A'1 via l'électroaimant de commutation 15 et dont l'émetteur est relié au signal d'information S2. Ainsi, puisque le signal d'information S2 provenant du contact à ouverture 26 est relié avec le premier organe de commande 12, on s'assure que l'électroaimant de commutation 15 bistable est alimenté et peut entraîner une commutation des contacts de commutation 19 uniquement lorsque les contacts de puissance 29 sont ouverts. Suivant le type de dispositif de commande 50 et de circuit électronique 11 utilisés, on peut trouver différents types de tensions d'alimentation pour les signaux A1, A'1, B1, B'1 telles que 24 volts continus ou alternatifs, 48 volts continus ou alternatifs, 250 Volts alternatifs, etc... Le fonctionnement du module de commutation va maintenant être décrit. Lorsqu'une commande dans le sens F (respectivement sens R) est demandée par un opérateur par l'appui sur le bouton de marche 52 (respectivement 52'), alors le signal A1 (respectivement A'1) délivre un courant dans l'électroaimant de commutation 15 et dans le bloc alimentation 13. Cela entraîne la mise sous tension du bloc alimentation 13 permettant l'initialisation et le démarrage du microcontrôleur 30. Cela permet aussi la commande du premier organe de commande 12, si le signal d'information S2 est présent (contacts de puissance 29 ouverts). Ainsi, le positionnement de l'électroaimant de commutation bistable 15 s'effectue dans une position F (respectivement R) entraînant également le positionnement du contact bistable 16 de façon à ce que le signal B1 (respectivement B'1) arrive en entrée du second organe de commande 14. Une fois son démarrage effectué, le microcontrôleur 30 exécute les contrôles de sécurité et vérifie les conditions nécessaires notamment : vérification au moyen du signal d'information S2 de la bonne position des contacts de puissances 29, vérification de la bonne position de l'électroaimant de commutation 15 par rapport à l'ordre de marche demandé. Si les conditions sont remplies, le microcontrôleur 30 est alors en mesure de commander la fermeture du second organe de commande 14. Le signal de sortie S1 délivre alors un courant émanant de B1 (respectivement B'1) pour d'une part pouvoir commander l'électroaimant de puissance 25 entraînant la fermeture des contacts de puissance 29 et donc le démarrage du moteur M et pour d'autre part maintenir l'alimentation électrique du bloc alimentation 13. Ce fonctionnement présente l'avantage de positionner l'électroaimant de commutation 15 dans la position voulue avant que le microcontrôleur ne soit complètement initialisé (environ 20 millisecondes), ce qui permet de gagner du temps durant la phase de démarrage du moteur M. Si le bouton de marche 52 (respectivement 52') est relâché, le signal A1 (respectivement A'1) retombe mais le bloc alimentation 13 reste cependant alimenté grâce au signal de sortie S1 et la commande du premier organe de commande 12 peut être assurée par le microcontrôleur 30. Si le bouton d'arrêt 51 est actionné, il entraîne une absence de courant dans les signaux B1 et B'1, donc une absence de courant dans le signal S1 entraînant la chute de l'alimentation électrique du bloc alimentation 13 et l'ouverture des contacts de puissance 29 suite au manque de courant dans l'électroaimant de puissance 25. Il faut alors actionner un bouton de marche 52 ou 52'pour ré-alimenter le circuit électronique 11. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Module de commutation (10) multipolaire comprenant plusieurs contacts de commutation (19) commandés par un électroaimant de commutation (15) bistable, et associé à un appareil interrupteur électromagnétique (20) multipolaire principal qui est destiné à la commande d'un ou plusieurs moteurs électriques (M) et qui comprend plusieurs contacts de puissance (29) commandés par un électroaimant de puissance (25), un dispositif de commande (50) étant connecté au module de commutation (10) de façon à pouvoir délivrer des ordres de marche et d'arrêt (A1, A'1, B1, B'1) pour la commande du ou des moteurs (M), caractérisé par le fait que le module de commutation (10) comprend un circuit électronique de contrôle (11) qui comporte un premier organe de commande (12) relié à l'électroaimant de commutation (15), un second organe de commande (14) relié à l'électroaimant de puissance (25) et un microcontrôleur (30) pilotant le premier organe de commande (12) et le second organe de commande (14). 2. Module de commutation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le microcontrôleur (30) est alimenté par un bloc alimentation (13) du circuit électronique (11), la mise sous tension du bloc alimentation (13) étant assurée lorsqu'un ordre de marche est délivré par le dispositif de commande (50). 3. Module de commutation selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le second organe de commande (14) délivre un signal de sortie (S1) capable d'alimenter électriquement l'électroaimant de puissance (25) et capable de maintenir l'alimentation du bloc alimentation (13) du microcontrôleur (30). 4. Module de commutation selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lorsqu'un ordre d'arrêt est délivré par le dispositif de commande (50), le bloc alimentation (13) du microcontrôleur (30) n'est plus alimenté électriquement. 5. Module de commutation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit électronique (11) reçoit un signal d'information (S2) sur l'état des contacts de puissance (29), en provenance d'un contact à ouverture (26) couplé mécaniquement avec l'électroaimant de puissance (25) de l'appareil interrupteur électromagnétique (20). 6. Module de commutation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier organe de commande (12) de l'électroaimant de commutation (15) est un transistor. 7. Module de commutation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le second organe de commande (14) de l'électroaimant de puissance (25) est un relais. 8. Module de commutation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le module de commutation (10) comporte deux contacts de commutation (19) pour effectuer une fonction d'inverseur sur deux phases d'alimentation du ou des moteurs (M). 9. Module de commutation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le module de commutation (10) comporte trois contacts de commutation (19) pour effectuer une fonction de démarrage étoile-triangle du ou des moteurs (M). 10. Module de commutation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le module de commutation (10) comporte trois contacts de commutation (19) pour effectuer une fonction de démarrage à deux vitesses du ou des moteurs (M). 11. Appareil interrupteur électromagnétique associé à un module de commutation (10) selon l'une des revendications précédentes pour la commande d'un ou plusieurs moteurs électriques (M).