Brevet FR2904469A1 — publié le 20080201

-1- DISPOSITIF DE COMMANDE ELECTRIQUE D'UN SECTIONNEUR DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de commande électrique de la manoeuvre d'un sectionneur électrique. Elle vise plus particulièrement un montage électrique du dispositif de commande qui autorise le fonctionnement avec diverses tensions d'alimentation. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE De façon générale, pour commander l'ouverture et la fermeture d'un sectionneur, on utilise un moteur électrique agissant sur les organes mobiles du sectionneur par l'intermédiaire de mécanismes de réduction. Lorsqu'il est commandé pendant une durée suffisante, le moteur permet ainsi de faire effectuer une rotation de 90 du mecanisme de commande mécanique, transmise ensuite au sectionneur. Une commande de ces moteur se font par des montages de composants électromécaniques assurant la connexion du moteur avec une source d'énergie électrique fournissant la puissance nécessaire pour effectuer les manoeuvre d'ouverture et de fermeture. Cette source d'énergie électrique, dite source de puissance , peut être très variable en fonction de l'installation électrique dans laquelle le sectionneur est intégré. Ainsi, cette source de puissance peut être constituée par le réseau secteur généralement alimenté en 220 volts alternatif monophasé. Dans certains cas, il peut s'agir également d'une source de tension alternatif triphasé, ou bien encore de différentes sources de tension continues générée par des batteries d'accumulateurs. Ces tensions continues peuvent également être très variées en fonction de l'installation, et typiquement aller de quelques dizaines à quelques centaines de volts. A ce jour, le moteur électrique de la commande du sectionneur doit donc être choisi pour correspondre au type de tension de la source de puissance. On conçoit donc que la grande variété des types de tensions disponibles nécessite un approvisionnement spécifique en différents types de moteurs, avec des conséquences sur les délai et coûts de fabrication de ces dispositifs de commande. On retrouve la même problématique en ce qui concerne le traitement des ordres de commande. Ainsi, le traitement des ordres d'ouverture et de fermeture des sectionneurs se font généralement par un ensemble des composants électromécaniques, et typiquement 2904469 -2- des relais, qui sont employés pour. En effet, les différents commutateurs et autres boutons de commande accessibles à l'opérateur sont interfacés avec un ensemble de relais qui permettent de connecter de façon approprié le moteur à la source de puissance. Cet ensemble de relayage est alimenté par une source de tension de commande , qui peut 5 généralement être différente de la source de tension de puissance. Ainsi, existe également une grande variété de tensions pour la commande de ce relayage, avec donc les contraintes correspondantes en ce qui concerne le choix des bobines de relais. Ainsi, la grande variété des tensions utilisables pour alimenter en commande et en 10 puissance un sectionneur engendre une multiplication des combinaisons de composants qui doivent être disponibles pour réaliser la configuration souhaitée. Un des objectifs de l'invention est de rationaliser le nombre de composants nécessaires en fournissant un équipement qui puisse s'adapter à différents types de tensions qu'il 15 s'agisse de la source de puissance ou de la source de tension de commande. EXPOSE DE L'INVENTION 20 L'invention concerne donc un dispositif de commande électrique d'un sectionneur, qui comporte de manière classique un moteur électrique agissant sur les organes mobiles du sectionneur pour les manoeuvres d'ouverture et de fermeture. Conformément à l'invention, ce dispositif se caractérise en ce que le moteur électrique 25 possède une tension nominale continue, d'une valeur prédéterminée. Complémentairement, le dispositif comporte: - un étage redresseur alimenté par la tension d'alimentation au réseau, et délivrant une tension continue redressée ; -un étage hacheur abaisseur, alimenté par cette tension continue redressée, et qui 30 alimente le moteur électrique. Le taux d'ouverture du hacheur est commandé pour que la tension délivrée par ce hacheur ait une valeur moyenne égale à la valeur prédéterminée de la tension nominale du moteur électrique. Autrement dit, l'invention consiste à choisir un type particulier de moteur pour équiper 35 toute une gamme de dispositifs de commandes, quelle que soit la tension qui sera utilisée en tant que source de puissance pour alimenter le moteur. La tension nominale de ce moteur unique est choisie comme étant la plus petite des tensions susceptible d'être utilisée pour servir de source de puissance. Complémentairement, le dispositif comprend 2904469 -3- un étage redresseur, qui permet de le rendre opérationnel, à la fois pour les tensions continues et les tensions alternatives. Dans le cas où la tension du réseau, avec un éventuel redressement n'est pas identique à la tension nominale du moteur, l'étage hacheur caractéristique permet de délivrer une tension moyenne inférieure à cette tension 5 redressée, et correspondant donc à la tension nominale du moteur. En d'autres termes, un seul type de moteur permet d'assurer le fonctionnement du sectionneur, quelle que soit la tension utilisée comme source de puissance. Par un simple réglage du taux d'ouverture globale du hacheur, le système est adaptable à tout type 10 d'alimentation en tension. Ainsi, si l'invention impose une contrainte de tenue en tension au moteur, cet inconvénient est largement contrebalancé par le fait qu'elle permet l'utilisation d'un seul type de moteur pour toute une gamme de tension. En effet, dans le cas d'une alimentation 15 en puissance avec une tension alternative de 220 volts, le moteur est soumis à des créneaux de tension pouvant monter à 300 volts. Le moteur électrique unique sera donc choisi avec ce type de contrainte de dimensionnement. Avantageusement en pratique, le hacheur abaisseur est réalisé grâce à un interrupteur 20 statique qui est commandé par un ordre élaboré par un microcontrôleur. Parmi les microcontrôleurs statiques utilisables, on peut citer les IGBT, les MOSFET de puissance et autres composants analogues. La commande de cet interrupteur statique par un microcontrôleur donne une grande capacité dans le réglage des phases conductrices du hacheur avec le cas échéant la possibilité de fonctionner en boucle fermée pour réguler le 25 courant délivré au moteur. En pratique, dans un souci d'isolation galvanique, on préférera que les ordres élaborés par le microcontrôleur soient transmis à l'interrupteur statique par le biais d'un composant optoélectronique, évitant ainsi que le microcontrôleur risque d'être soumis à une tension 30 trop élevée. Avantageusement en pratique, le dispositif peut comprendre un ensemble de relais permettant de fixer le sens du courant dans le moteur électrique. Ainsi, un ensemble de relais disposés en aval du hacheur permet d'inverser la connexion du moteur sur le 35 hacheur, et donc d'inverser le sens du courant, selon que l'on souhaite le faire tourner dans un sens ou dans l'autre pour des manoeuvres d'ouvertures ou de fermeture. Avantageusement en pratique, ces relais peuvent être commandés par le microcontrôleur, 2904469 -4- pour éviter toute connexion avec une source de tension du réseau de commande. Ceci permet également que ces relais soient commandés lorsque l'interrupteur statique est ouvert pour leur transition d'ouverture et accessoirement leur fermeture. Autrement dit, 5 ces relais étant commandés par le microcontrôleur, une logique interne à ce microcontrôleur permet d'éviter d'ouvrir ces relais lorsque l'interrupteur statique est fermé, et donc d'éviter le mouvement de contact des relais alors qu'ils sont parcourus par un courant. 10 L'adaptabilité à différentes sources de tensions peut également être appliquée au système de prise en compte des ordres de fermeture et d'ouverture du sectionneur. En effet, le dispositif de commande comporte de manière classique un ensemble de commutateurs de commande des ordres d'ouverture et de fermeture du sectionneur, ces commutateurs étant relayés en entrée à une source de tension d'alimentation dite de commande. 15 Conformément à une autre caractéristique de l'invention, les sorties de ces commutateurs peuvent être interfacées avec des étages redresseurs auto-abaisseur de tension, dont la sortie est reliée au microcontrôleur par un composant optoélectronique. Autrement dit, le dispositif comporte les composants qui permettent de délivrer au microcontrôleur les ordres d'ouverture et de fermeture pour différentes valeurs de tension du circuit de 20 commandes. En pratique, cette auto adaptation de tension peut se faire grâce à un transistor MOSFET à dépression. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui de l'unique figure 30 indexée, qui est un schéma synaptique général du circuit électrique conforme à l'invention. MANIERE DE REALISER L'INVENTION Comme illustré par la figure 1, le dispositif conforme à l'invention permet d'alimenter le stator (1) du moteur (2) entraînant l'équipage mobile du sectionneur. 25 35 2904469 -5- Conformément à l'invention, alimentation de ce moteur peut se faire à partir de différentes sources de tension de puissance, illustrées par une source de tension alternative (5), ou une ou plusieurs batteries d'accumulateurs (6-7). 5 Pour ce faire, la tension d'alimentation de puissance, délivrée entre les bornes (10-11) quels que soient son type (continu ou alternatif), et sa valeur, est appliquée à un étage redresseur qui peut avantageusement être constitué d'un pont de diodes (12). Ainsi, entre les bornes de sortie (15-16) de ce redresseur, une tension continue est générée. Cette tension est appliquée au stator (1) du moteur par l'intermédiaire d'un hacheur, réalisé par 10 interrupteur statique (22) illustrés à la figure par un IGBT. Ainsi, selon que ce composant (22) est passant ou bloqué, la tension redressée est appliquée ou non au stator (1). Il est à noter qu'en sortie du hacheur, un couple de relais (20-21) permet de configurer le circuit électrique dans un sens ou dans l'autre. Ainsi, lorsque le relais (20) montré au repos est commandé, le stator (1) du moteur est relié au circuit de telle sorte que la tension UM est 15 positive. A l'inverse, lorsque le relais (21) est commandé, la tension UM appliquée au moteur est négative. Une diode de roue libre (24) est prévue en antiparallèle du stator, pour reboucler le courant lorsque l'interrupteur (22) est ouvert. Conformément à l'invention, la commande de l'interrupteur statique (22) est réalisée par 20 un microcontrôleur (30), selon une stratégie qui permet d'appliquer au moteur une tension UM correspondant à sa tension nominale. Différentes stratégies peuvent ainsi être adoptées selon que la tension au réseau Up est continue ou alternative dans le cas où cette tension est continue, la stratégie de commande de l'interrupteur statique (22) peut être réalisée avec un rapport cyclique correspondant sensiblement à la valeur du rapport entre 25 la tension nominale du moteur et la tension d'entrée Up. Dans le cas d'une tension alternative en entrée, une stratégie par modulation de largeur d'impulsions (MLI ou PWM) peut être adoptée. Il est à noter qu'une stratégie de MLI peut présenter des avantages, y compris dans le cas d'une tension continue, dans le but de réduire la valeur des courants harmoniques et donc éviter des pertes trop importantes. 30 Cette stratégie peut intégrer une boucle de régulation, en fonction du courant traversant effectivement le moteur, et mesurée par le capteur (31). Cette stratégie peut donc être implantée dans le microprocesseur lors de la fabrication de 35 la commande. Elle peut également dans une variante plus sophistiquée être déterminée automatiquement si un capteur de la tension d'entrée est prévu à cet effet. On notera comme illustré à la figure 1, que l'ordre de commande délivré par le 2904469 -6- microcontrôleur (30) à l'interrupteur (21) transite par un composant optoélectronique (33) créant une isolation galvanique vis-à-vis du microcontrôleur. En pratique, les ordres d'ouverture et de fermeture du sectionneur peuvent être envoyés 5 par l'intermédiaire d'un tableau de télécommande incluant des commutateurs (40) tels qu'illustrés schématiquement. Il est à noter que dans l'art antérieur, l'action sur ces commutateurs permettait de connecter une source d'alimentation de commande Uc sur un système de relayage en vue d'effectuer les manoeuvres pour l'ouverture et la fermeture du sectionneur. Dans le cas de la présente invention, la tension de commande Uc peut 10 également être de types très variables, c'est-à-dire continue, alternative et de valeurs diverses Selon une autre caractéristique de l'invention, ces commutateurs sont interfacés avec un pont redresseur (42). Ce redresseur lui-même délivre une tension redressée à un circuit 15 auto abaisseur (43), qui délivre donc une tension normalisée à un composant optoélectronique (45) dont la sortie est interfacée avec le microcontrôleur (30). Ainsi l'auto adaptation du niveau de tension se réalise grâce au MOSFET à dépression (46), dont la grille (47) est connectée à un point (48) en aval d'une résistance de charge (49). De la sorte, quelle que soit l'amplitude de la tension Uc, et son caractère, continu ou 20 alternatif, l'ordre délivré au microcontrôleur est représentatif de la position du commutateur (40). Bien entendu, de multiples commutateurs et autres ordre interfacés avec la tension de commande Uc peuvent être traités de cette manière. 25 Il ressort de ce qui précède que le dispositif conforme à l'invention présente un avantage important, puisque grâce à un moteur unique, il permet une commande à partir de n'importe quelle tension en ce qui concerne la puissance d'alimentation du moteur, et le traitement des ordres de commande. L'approvisionnement du système est donc unique de 30 sorte que le coût de fabrication peut être raccourci. De même, la programmation des stratégies au niveau du microcontrôleur permet de réaliser de multiples adaptations spécifiques. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de commande électrique d'un sectionneur, comportant un moteur 5 électrique (2) agissant sur les organes mobiles du sectionneur pour les manoeuvres d'ouverture/fermeture, caractérisé en ce que : ^ le moteur électrique (2) possède une tension nominale continue, d'une valeur prédéterminée ; ^ il comporte : - un étage redresseur (12), alimenté par la tension d'alimentation réseau Up, et délivrant une tension continue redressée UR; - un étage hacheur abaisseur (22) alimenté par la tension continue redressée UR, et alimentant le moteur électrique (2), le taux d'ouverture du hacheur étant commandé pour que la tension délivrée par le hacheur ait une valeur moyenne égale à la valeur prédéterminée de la tension nominale du moteur électrique. 2/ Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le hacheur abaisseur comprend un interrupteur statique (22) commandé par un ordre 20 élaboré par un microcontrôleur (30). 3/ Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ordres élaborés par le microcontrôleur (30) sont transmis à l'interrupteur statique par un composant optoélectronique (33). 4/ Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de relais (20,21) permettant de fixer le sens du courant dans le moteur électrique (2). 30 5/ Dispositif de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ensemble de relais (20, 21) est commandé par le microcontrôleur (30). 10 15 25 2904469 -8- 6/ Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que les relais (20,21) sont commandés pour leurs transition d'ouverture et de fermeture lorsque l'interrupteur statique est ouvert. 7/ Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de commutateurs (40) de commande des ordres de fermeture/ouverture du sectionneur, lesdits commutateurs (40) étant reliés en entrée à une source de tension d'alimentation de commande, les sorties desdits commutateurs étant interfacés avec des étages redresseurs (42, 43) auto-abaisseur de tension, dont la sortie est reliée au microcontrôleur (30) par un composant optoélectronique (45). 8/ Dispositif de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étage redresseur auto-abaisseur (43) comporte un transistor MOSFET à dépression.