Brevet FR2931995A1 — publié le 20091204

DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN MOTEUR DE SECTIONNEUR ELECTRIOUE Domaine technique La présente invention concerne un dispositif de commande électrique de la manoeuvre d'un sectionneur électrique. Elle vise plus particulièrement la manière dont sont agencées et coordonnées les différentes opérations relatives à la manoeuvre d'un sectionneur, à savoir d'une part l'alimentation du moteur électrique, et d'autre part la détermination du sens de rotation du même moteur. Etat antérieur 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 d'un mécanisme de réduction. Lorsqu'il est commandé pendant une durée suffisante, le moteur permet ainsi d'assurer le déplacement des éléments mobiles du sectionneur pour en provoquer soit l'ouverture, soit la fermeture. Plus précisément, le sens du mouvement des éléments mobiles du sectionneur est fixé par la configuration du circuit d'alimentation du moteur. Un ensemble de relais appropriés permet d'inverser le sens de connexion du bobinage du moteur par rapport à la source de tension fournissant l'énergie nécessaire à la manoeuvre. Plus précisément, cette reconfiguration du circuit peut s'obtenir grâce à l'emploi de composants électromécaniques du type relais ou analogue, qui sont commandés de façon appropriée en fonction des ordres de commande d'ouverture/fermeture demandée par l'utilisateur. Le Déposant a décrit dans le document FR2904469, un dispositif de 30 commande perfectionné appliqué à la commande de sectionneurs. 2931995 -2 Plus précisément, ce dispositif de commande est adapté pour faire en sorte qu'un moteur unique de tension nominale déterminée puisse être utilisé en étant commandé à partir de différents types de tension secteur, alternatif ou continu, et de tensions distinctes. Pour ce faire, le circuit d'alimentation du moteur, 5 comprend un convertisseur statique, permettant de délivrer la tension nominale du moteur, quelle que soit la tension secteur. Le convertisseur statique peut par exemple fonctionner par un mécanisme de modulation ou de largeur d'impulsions (MLI ou PWM). Ce convertisseur statique est commandé par une unité de contrôle commande incluant un microcontrôleur délivrant des ordres appropriés d'une part, 10 au système de relayage qui assure la configuration du circuit, et donc le sens du courant, et d'autre part, au convertisseur statique pour qu'il délivre la tension souhaitée. Or, on sait qu'un sectionneur est un appareil électrique qui présente un 15 pouvoir de coupure quasi nul, de sorte qu'il est absolument essentiel de prévenir toute ouverture en charge du sectionneur, ce qui provoquerait la dégradation des organes de coupure. De même, pour des raisons évidentes de sécurité, il est absolument impératif que le sectionneur ne se referme pas de manière inopinée. 20 Or, la commande du convertisseur statique par l'intermédiaire d'un microcontrôleur peut présenter un risque minime de commande non souhaitée du sectionneur, dans le cas où le microcontrôleur se trouve dans un état de fonctionnement incohérent. 25 Ainsi, dans le cas où les sorties du microcontrôleur destiné à commander le convertisseur statique se trouvent dans un état "actif", c'est-à-dire permettant l'alimentation du moteur, et qu'au surplus les composants électromécaniques de configuration du circuit autorisent le passage du courant dans le moteur, ce dernier peut être alimenté alors qu'il ne devrait pas l'être. 2931995 -3- En effet, par exemple, dans le cas d'un parasitage par des champs électromagnétiques intenses, le microcontrôleur peut présenter des sorties bloquées dans un état déterminé, ou incohérentes avec son fonctionnement programmé. 5 Dans ce cas, le moteur se voit appliquer la tension secteur directement issue du réseau d'alimentation, éventuellement après redressement s'il s'agit d'un réseau de tension alternative. Dans la plupart des cas, cette tension est plus élevée que la tension nominale 10 du moteur, et provoque donc une montée de courant au-delà des seuils de déclenchement des protections. Toutefois, dans le cas particulier où la tension nominale du moteur correspond à la tension secteur, redressée le cas échéant, ces protections thermiques ne se déclenchent pas, et le moteur est alors alimenté, provoquant la manoeuvre involontaire du sectionneur. 15 Un des objectifs de l'invention est d'empêcher ce type de fonctionnement accidentel, qui peut engendrer des risques importants en termes de sécurité. Exposé de l'invention 20 L'invention concerne donc un dispositif de commande d'un moteur de sectionneur électrique. Ce dispositif inclut un circuit d'alimentation du moteur à partir d'une source de tension secteur. Ce circuit comprend un convertisseur statique commandé pour appliquer au moteur une tension d'une valeur prédéterminée par l'intermédiaire d'ordres de commande délivrés par une unité de 25 contrôle principale. Conformément à l'invention, ce dispositif se caractérise en ce qu'il comporte une unité de contrôle supplémentaire avec laquelle dialogue l'unité de contrôle principale. Les ordres de commande de l'unité de contrôle principale sont activés 30 en fonction d'un ordre de validation issu de l'unité de contrôle supplémentaire 2931995 -4 Autrement dit, l'invention consiste à réaliser la commande du convertisseur statique alimentant le moteur par un composant électronique (ou de manière générale un ensemble de composants), qui n'agit pas seul sur l'interrupteur statique, mais nécessite une confirmation de son bon fonctionnement par une autre 5 unité de contrôle responsable de valider le bon fonctionnement de l'unité principale. Ainsi, l'application des ordres nécessite deux commandes réalisées par des organes distincts. La probabilité est ainsi extrêmement faible que ces deux organes mettent simultanément dans des états incohérents, dans lequel à la fois d'une part le convertisseur statique autorise le passage du courant, et d'autre part, le 10 circuit de vérification de l'unité supplémentaire valide des ordres incohérents. En effet, les composants électromécaniques de configuration sont généralement agencés de telle sorte qu'en l'absence de toute commande, donc à l'état de repos, le moteur n'est pas connecté à la source de tension et au 15 convertisseur statique. Avantageusement en pratique, chaque unité de contrôle peut être constituée d'un microcontrôleur, un premier microcontrôleur assurant la commande du convertisseur statique, tandis que l'autre délivre les ordres de validation commande 20 du convertisseur statique confirmant le bon fonctionnement de l'unité de contrôle principale. L'un des deux microcontrôleurs assure le rôle de maître, l'autre étant dans une configuration esclave, de telle sorte que les ordres qu'il génère ne sont activés, 25 et donc appliqués au convertisseur statique que dans l'hypothèse où l'autre microcontrôleur l'y autorise. En pratique, les ordres de commande du convertisseur statique permettant de régler la tension appliquée au moteur peuvent être de façon préférentielle un 30 système de modulation de largeur d'impulsions (ou MLI), de manière à ce que via un rapport cyclique prédéterminé, la tension appliquée au moteur corresponde à sa tension nominale. 2931995 -5 En pratique, ces ordres de MLI peuvent être délivrés à un interrupteur statique dont le circuit de commande possède une borne connectée à l'unité de contrôle principale délivrant les ordres de MLI, l'autre borne étant connectée à 5 l'unité de contrôle supplémentaire. Ainsi, l'interrupteur ne peut être fermé que si les deux unités de contrôle fonctionnent correctement. Dans ce cas, le convertisseur statique est effectivement commandé par un microcontrôleur lorsque l'autre microcontrôleur l'y autorise. 10 Les deux microcontrôleurs échangent des signaux, selon un protocole prédéterminé, de manière à recevoir et confirmer les ordres de validation. Ainsi, dans le cas où le premier microcontrôleur ne reçoit pas de signal de confirmation du bon fonctionnement du second microcontrôleur, les ordres de validation sont inopérants, et le convertisseur statique n'est pas commandé. 15 Dans une forme de réalisation, il est possible que la commande du convertisseur statique soit effectuée par le microcontrôleur maître, qui agissant également sur les composants électromécaniques de configuration du circuit, et en particulier les composants dont l'actionnement permet de fixer le sens du courant 20 circulant dans le moteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est avantageux que l'unité de contrôle recevant l'ordre de validation soit alimentée uniquement pendant les phases où cet ordre de validation est émis. En d'autres termes, le microcontrôleur 25 esclave de l'unité principale est alimenté uniquement pendant les phases où il doit émettre des ordres à destination des composants qu'il commande. Ainsi, dans le cas où le convertisseur statique reçoit des ordres de la part du microcontrôleur esclave, ce dernier n'est alimenté que dans les phases où le moteur doit effectivement être activé. 30 De cette manière, on limite les risques d'apparition d'un disfonctionnement du microcontrôleur esclave, ainsi que la consommation électrique. 2931995 -6- Selon une autre caractéristique de l'invention, afin de limiter les risques de dysfonctionnement simultané des deux microcontrôleurs, il est préférable qu'ils possèdent chacun une horloge indépendante de l'autre contrôleur, et 5 avantageusement fonctionnant selon des technologies différentes du type à quartz ou à cellule RC, par exemple. Dans une forme particulière de réalisation, les ordres de commande du convertisseur statique et les ordres destinés aux composants de configuration du 10 circuit peuvent être élaborés par la même unité de contrôle, typiquement le même microcontrôleur. Autrement dit, le microcontrôleur "maître" assure l'ensemble de la gestion du fonctionnement du sectionneur, y compris la détermination du sens du courant 15 moteur et l'élaboration des ordres de MLI appropriés. Le microcontrôleur esclave dialogue avec le microcontrôleur maître, et émet l'ordre de validation, lorsqu'il est capable de détecter que le microcontrôleur maître est effectivement en mode de fonctionnement normal. Ce second microcontrôleur joue ainsi le rôle d'une clef de verrouillage pour s'assurer de la cohérence des ordres émis par le microcontrôleur 20 principal. Description sommaire des dessins La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation particulier qui suit, à 25 l'appui de l'unique figure annexée qui est un schéma simplifié montrant le circuit d'alimentation du moteur d'un sectionneur, et d'une partie des organes de commande associée. Manière de réaliser l'invention 30 Comme illustré à la figure 1, le moteur (1) du sectionneur est alimenté par un circuit (2) relié à une source de tension réseau (3) qui, dans la forme illustrée, est une source de tension alternative. Le circuit (2) comprend donc à partir des 2931995 -7- connexions (4, 5) au réseau alternatif, un ensemble de fusibles (6, 7), reliés à un redresseur (8) sous la forme d'un pont de diodes délivrant une tension sensiblement constante aux bornes d'une capacité (9). 5 En aval de la capacité (9), se trouve un montage hacheur de tension, comportant un convertisseur de puissance (10) intégrant un interrupteur statique (11) par exemple du type IGBT, en série avec le moteur (1), ainsi qu'une diode de roue libre (15). 10 En aval de cette diode de roue libre (15), se trouvent deux relais (17, 18) jouant le rôle de composants assurant la configuration du circuit d'alimentation du moteur (1). Selon la position du contact des relais (17, 18), on fixe le sens de passage du courant dans le moteur. 15 Dans la forme illustrée correspondant aux positions de repos, le moteur est mis en court-circuit. Par ailleurs, lorsque le contact du relais (17) est commandé par le signal (37) pour changer de position, le moteur est relié à la source de tension de telle sorte que le courant (I) qui le traverse est positif. A l'inverse, lorsque c'est le contact du relais (18) qui change de position, sur un ordre (38), le 20 courant (I) qui parcourt le moteur est négatif. L'actionnement des deux relais (17, 18) s'effectue par l'intermédiaire du microcontrôleur (40), qui reçoit les ordres d'ouverture (31) ou de fermeture (32) en provenance du tableau de commande, ou de manière plus générale du système de 25 gestion des manoeuvres du sectionneur. En fonction de la tension du réseau alternatif (3), le microcontrôleur (40) élabore également le rapport cyclique et les ordres de commande MLI qu'il convient d'appliquer au convertisseur statique (10) pour obtenir la tension 30 souhaitée aux bornes du moteur (1). 2931995 -8 Plus précisément, et selon une caractéristique de l'invention, la commande convertisseur statique (10) s'effectue par l'intermédiaire de deux microcontrôleurs (30, 40). Dans la forme illustrée, l'interrupteur statique (11) est montré associé à un composant optoélectronique (12). D'autres composants ou 5 montages peuvent schématiquement, bien entendu, être utilisés de manière équivalente. Ainsi, la cathode (41) du composant optoélectronique (12) est reliée à l'unité de contrôle supplémentaire (30) tandis que l'anode (42) est reliée à l'unité de 10 contrôle principale (40). Il est donc nécessaire que les deux microcontrôleurs (30, 40) fonctionnent correctement et de manière concertée pour assurer la commande correcte de l'interrupteur statique (11). Ainsi, les deux microcontrôleurs (30, 40) sont 15 connectés par une liaison filaire (45) de telle sorte qu'ils peuvent dialoguer selon un protocole spécifique. Le protocole de dialogue peut être varié en fonction du niveau de sécurité que l'on souhaite mettre en oeuvre. Dans une forme perfectionnée, il peut être 20 préférable que le dialogue s'effectue de manière cryptée, c'est-à-dire avec un échange d'un code sur un grand nombre de bits, par exemple 32 bits. Comme illustré à la figure, l'alimentation du microcontrôleur supplémentaire (30) peut être effectuée et commandée par l'intermédiaire du microcontrôleur principal (40) qui lorsque cela est nécessaire, émet un signal (50) à destination d'un composant (51) 25 assurant l'alimentation du microcontrôleur supplémentaire (30). Ce type de montage permet par exemple d'utiliser des microcontrôleurs qui présentent des tensions d'alimentation distinctes. 30 Le fonctionnement du système peut être résumé de la manière suivante. 2931995 -9 Lorsque le microcontrôleur principal (40) reçoit un ordre d'ouverture ou de fermeture (31, 32), il commande l'alimentation du microcontrôleur supplémentaire (30) par l'intermédiaire du signal (50). Lorsque le microcontrôleur supplémentaire (30) est opérationnel, il dialogue par la liaison 5 filaire (45) avec le microcontrôleur principal (40). Lorsque le dialogue est satisfaisant et correspond au protocole prédéterminé, la sortie (35) du microcontrôleur de surveillance est mise dans un état qui permet la mise à la masse de la cathode (41) du composant (12) de commande de 10 l'interrupteur statique (11). Puis, le microcontrôleur principal (40) commande le relais de sens (17, 18), pour fixer le sens du courant parcourant le moteur. Puis, après une temporisation, le microcontrôleur principal (30) délivre à l'anode du composant (12) via le 15 transistor (43) les ordres de commande de MLI pour assurer la commutation de l'interrupteur statique (11). Dans le cas où le microcontrôleur principal (40) devient incontrôlable, et qu'il garde sa sortie (49) dans un état haut, le dialogue avec le microcontrôleur 20 supplémentaire (30) fait apparaître ce dysfonctionnement. Dans ce cas, la sortie (35) du microcontrôleur supplémentaire (30) passe dans un état tel que la cathode (41) du composant électronique (12) est déconnectée de la masse, interdisant donc la commande de l'interrupteur statique (11). Il n'y a donc plus de risque de voir le moteur commandé, malgré l'état de fonctionnement anarchique du microcontrôleur 25 principal (40). A l'inverse, si le microcontrôleur supplémentaire (30) se met à fonctionner dans un mode anarchique, et par exemple laisse sa sortie (35) dans un état actif, c'est-à-dire reliant la cathode (41) du composant optoélectronique (12) à la masse, 30 le dialogue entre les deux microcontrôleurs ne peut plus se dérouler correctement, et le microcontrôleur principal (40) interrompt alors la commande de l'interrupteur statique en laissant sa sortie (49) dans un état bas inactif. 5 10 2931995 - 10- A la fin de la manoeuvre, le microcontrôleur principal (40) interrompt l'émission des ordres de MLI, puis arrête la commande du relais de sens (17, 18), et enfin coupe l'alimentation du microcontrôleur de surveillance (30). Bien entendu, les différentes liaisons et les composants représentés schématiquement à la figure le sont à titre d'exemple, et peuvent être réalisés de différentes manières sans sortir du cadre de l'invention, dès lors que le principe de cette dernière reste appliqué. Il ressort de ce qui précède que le dispositif de commande conforme à l'invention présente l'avantage d'assurer une fiabilité extrême vis-à-vis de la commande du moteur du sectionneur, et ce, par un contrôle mutuel des deux microcontrôleurs assurant la commande du convertisseur statique. REVENDICATIONS1/ Dispositif de commande d'un moteur (1) de sectionneur électrique, incluant un circuit d'alimentation (2) du moteur (1) à partir d'une source de tension réseau (3), ledit circuit comprenant un convertisseur statique (10) commandé pour appliquer au moteur (1) une tension d'une valeur prédéterminée, par l'intermédiaire d'ordres de commande délivrés par une unité de contrôle principale (40) caractérisé en ce qu'il comporte une unité de contrôle supplémentaire (30) avec laquelle dialogue l'unité de contrôle principale (40), les ordres de commande de l'unité de contrôle principale (40) étant activés en fonction d'un ordre de validation issu de l'unité de contrôle supplémentaire (30). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque unité de contrôle comporte un microcontrôleur (30, 40). 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur statique (10) est commandé par des ordres de modulation de largeur d'impulsion. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ordres de 20 modulation de largeur d'impulsions sont délivrés à un interrupteur statique (10) dont le circuit de commande possède une borne connectée à l'unité de contrôle (40) délivrant les ordre de modulation de largeur d'impulsion, et une autre borne connectée à l'unité de contrôle supplémentaire (30). 25 5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de contrôle supplémentaire (30) est alimenté uniquement pendant les phases où l'ordre de validation est émis. 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux unités de 30 contrôle (30, 40) possèdent chacune une horloge propre. 2931995 - 12 - 7/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux unités de contrôle (30, 40) dialoguent pour recevoir et confirmer l'ordre de validation. 5 8/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dialogue entre les deux unités de contrôle se fait de manière cryptée. 9/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs composants de configuration, dont l'actionnement permet la 10 configuration (17, 18) du circuit d'alimentation du moteur en vue de fixer le sens du courant (i) circulant dans le moteur (1), et dans lequel les ordres destinés aux composants de configuration (17, 18) sont élaborés par l'unité de contrôle (40) qui élabore les ordres de commande du convertisseur statique (10).