Brevet FR2950493A1 — publié le 20110325

-1- Dispositif électronique de détection de déséquilibre de courent et surintensités notamment pour interrupteur différentiel, sans transformateur de courant. Les interrupteurs différentiels permettent d'interrompre l'alimentation électrique lors de la détection d'une différence de courant dans les lignes d'alimentation industrielles ou domestiques. Le principe le plus couramment utilisé pour détecter un déséquilibre de courant dans deux ou plusieurs lignes est l'utilisation d'un transformateur de courant. Ce transformateur comporte au moins deux enroulements primaires reliés aux lignes d'alimentation et un enroulement secondaire comportant de nombreuses spires. Les enroulements primaires et secondaires sont réalisés et positionnés de manière à ce que, lorsque les courants des enroulements primaires sont bien équilibrés, les courants s'annulent et la tension résultante, aux bornes de l'enroulement secondaire, est quasiment nulle. Les brevets FR2626105, US2008024944 et AT505635 présentent et décrivent ce principe. La mesure par transformateur de courant comporte des inconvénients, un tel transformateur est volumineux et de réalisation complexe pour obtenir une bonne sensibilité. La mesure dépend de la fréquence et il n'est pas possible de mesurer des courants pour de tensions continues. De plus, une détection de surintensité ne peut pas être faite par un transformateur de courant différentiel. La détection est réalisée par un moyen de type électro-aimant indépendant ou un élément thermique. La mesure de courant sans transformateur, par une résistance est possible mais, pour des courants forts, la résistance doit être très faible pour éviter de dissiper trop d'énergie dans ladite résistance. En effet, la puissance dissipée par la résistance est proportionnelle au carré de l'intensité la traversant. Par exemple, pour un courant de 20 ampères dans une résistance de 0,015 la puissance dissipée est de 4 watts. Pour un interrupteur différentiel classique comportant deux lignes d'alimentation, la puissance dissipée serait de 8 watts. Il faut donc utiliser des résistances de l'ordre du milli-ohm pour ne pas trop dissiper de chaleur. -2- Pour des résistances de l'ordre du milli-ohm, la mesure de courant devient complexe si l'on veut une précision de l'ordre du milliampère pour des courants de 20 ampères. L'invention présente une solution pour la mesure précise de courant forts à base de résistances. Elle peut également s'appliquer à la mesure de courants continus, contrairement à une mesure par transformateur de courant. La figure 1 décrit une forme de réalisation possible de l'invention qui permet de réaliser une mesure de courant précise sur des éléments de mesure de courant, tout en limitant la puissance dissipée par ces éléments. 15 Pour une plus grande facilité de compréhension, la figure 1 représente une détection sur deux branches nommées « phase » et « neutre ». Néanmoins, il est possible de multiplier le nombre de branches de détection, notamment les parties (1) à (6), pour une détection sur un 20 plus grand nombre de branches. Les éléments de mesure de courant (la) et (lb) sont des résistances. Ces résistances ont une valeur assez grande pour permettre une mesure fiable d'une différence d'intensité de l'ordre du milliampère. 25 Un organe de traitement électronique (7) associé à un circuit d'alimentation et de synchronisation (10) par rapport à la tension présente contrôle les prises de mesure des courants dans les résistances (la) et (1b). Régulièrement et de façon très brève, la circuiterie (7) 30 ouvre un ou plusieurs transistors FET (2a), (3a) et (2b), (3b), effectue la mesure puis referme le ou les transistors FET aussitôt. Pour éviter un échauffement trop important de ces résistances, les transistors FET (2a), (3a) et (2b), (3b) ayant des résistances à l'état passant de l'ordre du milli-ohm, sont presque tout le temps fermés. 35 Il faut deux transistors FET par branche pour les tensions alternatives. La figure 1, pour ne pas surcharger le dessin, ne représente pas les alimentations et polarisations desdits transistors. 10 -3- Suivant les tensions en présence, la commande des transistors FET ainsi que les mesures de courant peuvent également être réalisées par des circuits isolés galvaniquement, notamment des opto-coupleurs. Pour éviter d'avoir des sauts de tension lors de la mesure de courant, dans une tension alternative par exemple, il est tout à fait envisageable d'effectuer une mesure sur une alternance ou une phase complète. Dans ce cas, la mesure pourra être effectuée toutes les N alternances ou N phases, avec N assez grand pour limiter la dissipation dans les résistances. L'organe de traitement électronique (7) effectue la différence des tensions mesurées, en déduit les courants et le déséquilibre éventuel. S'il y a présence d'un déséquilibre supérieur à un seuil donné, l'organe de traitement électronique (7) commande un actionneur électromécanique (11) classique pour ouvrir le circuit. Un élément (9) de signalisation affiche l'état du dispositif. Un moyen de test (8) permet de créer une fuite de courant par l'ajout d'une résistance (non représentée) de façon classique et connue, ou par l'ouverture contrôlée d'un transistor FET par exemple. Cet organe de traitement (7) peut également, très facilement, mesurer les courants sur chaque branche et détecter les surintensités. La figure 2 décrit une autre forme de réalisation possible de l'invention qui permet de réaliser une mesure de courant précise sans résistances de mesure, les éléments de mesure étant les enroulements de l'actionneur électromécanique de déclenchement (11). L'actionneur électromécanique de déclenchement (11) comporte deux enroulements (la) et (lb) qui sont directement court-circuités par les transistors FET (2a), (3a) et (2b), (3b). Les enroulements de l'actionneur électromécanique (11) sont réalisés de telle sorte que le champ magnétique résultant soit nul pour des courants identiques et opposés. La mesure différentielle est réalisée directement par ces enroulements, par le même principe que le transformateur de mesure d'un interrupteur différentiel classique. Pour limiter les échauffements dans les enroulements de l'actionneur électromécanique (11), l'organe de commande (7) ouvre un ou plusieurs transistors FET (2a), (3a) et (2b), (3b), de façon très brève. Une très faible énergie -4- est détournée dans les enroulements (la) et (lb) de l'actionneur électromécanique de déclenchement (11) pour assurer la mesure différentielle tout en limitant les échauffements. Il est également possible d'effectuer une calibration ou un étalonnage afin de compenser un éventuel déséquilibre des enroulements et/ou un déséquilibre mécanique en jouant sur la largeur des impulsions d'ouverture de chaque transistor. Une mesure de courant ou un déclenchement par surintensité peut également être effectué en ouvrant de façon non symétrique les transistors ou un seul transistor. Dans le cas où la phase seule est reliée à l'appareil, le circuit électronique de commande (7) des transistors n'est pas alimenté, et donc tous les transistors sont ouverts. Par conséquent toute fuite de courant circulant dans la phase passe directement par un enroulement (la) ou (lb) et déclenche immédiatement l'actionneur électromécanique (11). La figure 3 représente un chronogramme des différentes possibilités de mesure pour cette deuxième forme de réalisation de l'invention. Les signaux Tla et T2a représentent la commande des transistors de la branche A et les signaux T1b et T2b représentent la commande des transistors de la branche B. Le signal S représente l'onde secteur présente aux bornes des deux branches A et B. Une des synchronisations possibles est de commander les transistors au maximum de tension positive ou négative. Au temps To, deux impulsions (1) et (2) commandent respectivement l'ouverture des transistors T2a et T1b, ce qui alimente les enroulements de l'actionneur électromécanique. Si les courants sont rigoureusement identiques, la résultante magnétique est nulle et aucun déclenchement n'intervient. La figure montre, de façon exagérée pour une meilleure lisibilité, une différence de largeur des impulsions (1) et (2). Ladite différence de largeur des impulsions (1) et (2) permet de compenser parfaitement le déséquilibre mécanique et/ou électromécanique lié à la fabrication de l'appareil. Au temps T3, deux impulsions (3) et (4) commandent respectivement l'ouverture des transistors Tla et T2b, ce qui alimente les enroulements de l'actionneur électromécanique pour la phase opposée du temps To. Au temps T1, une impulsion (5) unique et très courte alimente un seul enroulement de l'actionneur électromécanique, ce -5- qui permet de déclencher ledit actionneur si un seuil de courant est dépassé sur la branche A. La mesure ainsi réalisée est une mesure d'intensité non différentielle. Au temps T2, une impulsion (6) réalise la mesure de surintensité sur la 5 branche B. Cette séquence d'impulsions se répète continuellement. REVENDICATIONS1) Dispositif électronique de détection de déséquilibre de courant et surintensités notamment pour interrupteur différentiel caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux éléments de mesure court-circuités par des transistors FET à très faible résistance à l'état passant de l'ordre du mi11i-ohm, une circuiterie d'alimentation et une circuiterie de commande ouvrant ensemble ou séparément lesdits transistors pendant des impulsions très brèves pour limiter la puissance aux bornes desdits éléments de mesure. 2) Dispositif électronique de détection de déséquilibre de courant et surintensités notamment pour interrupteur différentiel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de mesure sont les enroulements d'un actionneur électromécanique de déclenchement. 3) Dispositif électronique de détection de déséquilibre de courant et surintensités notamment pour interrupteur différentiel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de mesure sont des résistances associées à une circuiterie de mesure des tensions aux bornes desdites résistances ainsi qu'à un organe de traitement et un actionneur électromécanique de déclenchement. 4) Dispositif électronique de détection de déséquilibre de courant et surintensités notamment pour interrupteur différentiel selon la revendication 1 et 2 ou 1 et 3, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte un circuit de synchronisation pour la commande des transistors FET par rapport à la tension présente. 5) Méthode de détection de déséquilibre de courant et surintensités notamment pour interrupteur différentiel utilisant le dispositif électronique selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la largeur des impulsions d'ouverture de chaque transistor est différente pour compenser un éventuel déséquilibre des enroulements et/ou un déséquilibre mécanique afin d'effectuer une calibration ou un étalonnage de l'appareil.-7- 6) Méthode de détection de déséquilibre de courant et surintensités notamment pour interrupteur différentiel selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'une mesure de courant ou un déclenchement par surintensité est effectué en ouvrant de façon non symétrique les transistors ou un seul transistor. 7) Méthode de détection de déséquilibre de courant et surintensités notamment pour interrupteur différentiel selon la revendication 5, caractérisée en ce que un ou plusieurs transistors sont ouverts pendant une alternance ou une phase complète pour éviter des sauts de tension.