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CA 022~0348 1998-10-23
DISPOSITIF DE COMMANDE POUR APPAREIL
CONTACTEUR-DISJONCTEUR
La présente invention concerne un dispositif de commande pour appareil de
type contacteur-disjoncteur électromécanique à contacts de puissance sépa-
rables, comprenant un électroaimant muni d'une bobine de commande pour
la fermeture et l'ouverture volontaires des contacts, un électroaimant a bo-
bine de déclenchement pour l'ouverture des contacts en cas de défaut élec- .
trique et une source d'énergie pour les bobines.
Comme on le sait, un appareil contacteur électromécanique nécessite une
consommation de courant substantielle lorsque son électroaimant de com-
mande doit fermer les contacts; en revanche, la consommation en courant
doit être réduite au minimum lorsque les contacts restent à l'état fermé.
Il est d'autre part souhaitable d'alimenter et de contrôler de façon aussi
simple que possible la bobine de commande et la bobine de déclenchement
d'un appareil contacteur-disjoncteur électromécanique du type précité.
L'invention a pour but de réduire au minimum la consommation d'un dispo-
sitif de commande pour appareil contacteur-disjoncteur électromécanique,
tout en simplifiant la réalisation de ce dispositif.
Selon l'invention, I'électroaimant de commande volontaire est du type bista-
ble et l'électroaimant de déclenchement est du type monostable; un pont
d'interrupteurs commutateurs en H est associé à la bobine de commande et
un interrupteur de déclenchement est disposé en série avec la bobine de
déclenchement; la source d'énergie de la bobine de commande à la ferme-
ture est une source de tension externe, tandis que la source d'énergie de la
bobine de commande et de la bobine de déclenchement à l'ouverture est
constituée par une capacité montée en parallèle aux bobines.
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De préférence, un circuit de commande sollicite d'une part les interrupteurs
commutateurs du pont pour faire circuler en sens direct ou inverse un cou-
rant de commutation dans la bobine de commande, et d'autre part l'interrup-
teur de déclenchement, en fonction du courant mesuré par des capteurs
.. . .
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respectivement associés à la bobine de commande et à la bobine de dé-
clenchement.
Il est avantageux que le circuit de commande pilote séquentiellement les
interrupteurs commutateurs et l'interrupteur de déclenchement, de maniere a
assurer en cas de défaut une décharge prioritaire de la capacité dans la
bobine de déclenchement.
Dans un mode d'exécution bénéficiant d'une grande sécurité, une capacité
o d'ouverture normale est montée en parallèle à la bobine de commande et à
son pont d'interrupteurs et une capacité d'ouverture sur défaut est montée
en parallèle à la bobine de déclenchement; cette dernière est reliée d'une
part au pôle positif du pont et de la capacité d'ouverture normale via une
première diode et d'autre part au pôle positif de la capacité d'ouverture sur
, défaut via une seconde diode, les diodes étant montées en opposition avec
le point commun de leurs cathodes relié à la bobine de déclenchement.
Les capteurs de courant sont avantageusement des résistances connectées
au pont d'interrupteurs commutateurs et à l'interrupteur de déclenchement
de maniere à ne solliciter qu'une seule entrée du circuit de commande.
La description d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention est faite
ci-après, en regard des dessins annexés.
.
La figure 1 est un schéma du dispositif de commande conforme à l'invention.
La figure 2 montre une variante de réalisation du dispositif.
La figure 3 représente un détail d'une variante.
Le dispositif de la figure 1 est destiné à commander un appareil contacteur-
disjoncteur électromécanique à contacts de puissance séparables. Pour as-
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surer la fermeture et l'ouverture volontaires des contacts, I'appareil com-
prend un électroaimant E1 de type bistable muni d'une bobine L1 et d'une
armature mobile non représentée dont le maintien dans deux positions ex-
trêmes stables est assuré par des aimants permanents; I'appareil comprend
en outre, pour assurer une ouverture rapide des contacts en cas de défaut
électrique sur l'une au moins des lignes de puissance contrôlées par les
contacts, un électroaimant déclencheur monostable E2 dont on a représenté
la bobine L2 et qui coopère avec un mécanisme déclencheur non reprbsen-
té. La commutation de l'électroaimant E1 vers l'un ou l'autre de ses états
o stables est due au passage du courant dans la bobine L1 dans l'un ou l'au-
tre sens.
Le dispositif de commande 10 est alimenté à partir d'une source d'énergie
éiectrique externe continue ou alternative redressée de tension V par deux
conducteurs 1,2 de potentiel respectivement haut et bas via un interrupteur
marche-arrêt lo à commande maintenue; on prévoit sur le conducteur haut 1
une diode antiretour Do et, de manière facultative (voir figure 2), un organe 3
d'adaptation de tension et de limitation de consommation; les bobines
L1,L2, ainsi qu'une capacité de commutation C1, sont disposées en parallèle
entre les conducteurs 1,2. L'organe 3 permet d'éviter des pointes de courant
et d'assurer un temps minimal de charge de la capacité.
Pour commander la circulation du courant dans la bobine L1, le dispositif
comporte un pont 11 d'interrupteurs électroniques en H associé à la bobine
L1. Il comporte de plus un circuit de commande 12 qui est alimenté à partir
de la tension V et qui commande d'une part les interrupteurs T1-T4 du pont
11, d'autre part un interrupteur T5 mis en série avec la bobine L2. Les inter-
rupteurs T1-T4 sont par exemple des transistors placés en série avec la bo-
bine L1 de manière que celle-ci soit parcourue par le courant provenant de
la source de tension via les conducteurs 1,2 dans un sens quand les transis-
tors T1,T4 sont passants et les transistors T3,T2 bloqués et dans l'autre
sens quand T1,T4 sont bloqués et T3,T2 passants. A chaque interrupteur
T1-T4 est associée une diode respective de récupération D1-D4 et à l'inter-
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rupteur T5 est associée une diode de récupération D5. Le pont 11 peut être
intégré dans le circuit 12.
Il est prévu pour mesurer le courant parcourant la bobine L1 de l'électroai-
mant bistable un capteur de courant 13. Ce capteur peut être constitué d'une
résistance judicieusement placée; ainsi, le pôle négatif des interrupteurs
bas du pont 11 est par exemple relié a une borne d'une résistance R1, ainsi
qu'à une entrée 12c du circuit de commande 12, tandis que l'autre borne de
la résistance R1 est connectée au pôle négatif de la tension d'alimentation
10 et par là aux anodes des diodes D2,D4. En série avec la bobine de déclen-
chement L2 est disposé un capteur de courant 14; ce capteur peut de même
être une résistance R2 de mesure du courant dans la bobine de déclenche-
ment, cette résistance étant reliée à une entrée du circuit de commande 12.
15 Le circuit de commande 12 est relié par une connexion 1 2a au point milieu
d'un diviseur de tension R3,R4 disposé entre les conducteurs 1,2 pour pren-
dre en compte sans retard la présence de tension au-dessus d'un certain
seuil ou la chute de tension au-dessous d'un certain seuil et est alimenté par
une connexion 12b grâce à une capacité C2 située entre les conducteurs
20 1,2 et connectée au conducteur 1 via une diode D7. Le circuit 12 est connec-
té par une entrée 1 2c au capteur de courant 13, par une entrée 1 2d au
capteur de courant 14 et par des sorties 1 2e,1 2f aux entrées de commande
des transistors T1-T4 et respectivement du transistor T~. Une connexion
suplémentaire 129 reliée au pôle positif du pont 11 ou de la capacité C1
25 permet de détecter la charge de celle-ci. Le circuit de commande peut être
éventuellement apte à tester la pente de charge de la capacité C1 pour dé-
terminer si celle-ci est opérationnelle.
Dans le mode de réalisation préféré illustré sur la figure 3, le pôle négatif de30 la résistance de mesure R1 est connecté d'une part à l'interrupteur de dé-
clenchement T~, d'autre part au conducteur négatif 2 par la resistance de
mesure R2; de la sorte, la liaison avec l'entree 12d du circuit de commande
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12 peut etre supprimée et il suffit de solliciter une seule entrée 12c du circuit
de commande pour assurer la détection du courant dans les deux bobines.
Le dispositif décrit fonctionne de la manière suivante.
Quand on ferme à l'instant to l'interrupteur marche-arret lo, la capacité C1 se
charge à partir de la source externe A à travers une résistance limitatrice ou
autre organe limiteur de courant propre à l'organe 3 et il en est de meme
pour C2; le circuit de commande 12 est activé à l'instant t1 quand il constate
o que le potentiel entre A1 et A2 est supérieur à un seuil initial V1 déterminé
et que C1 est chargée. Le circuit de commande ferme alors T1 et T4, puis
effectue une série contrdlée d'ouve tures et fermetures de T1, pour faire cir-
culer l'énergie voulue en sens direct dans la bobine L1 au moyen d'impul-
sions de courant; quand T1 est fermé, le courant passe dans T1,L1,T4 et
15 R1; quand T1 est ouvert, le courant passe dans L1,T4,R1,D2. La décharge
de C1 lors des phases d'ouverture de T1 ne se répercute pas sur C2 du fait
de la présence de la diode D7. A un instant t2 déterminé par le circuit 12,
celui-ci met les transistors T1-T4 au re~pos; I'électroaimant, par sa nature
bistable, reste maintenu dans son état enclenché, et les contacts de puis-
sance restent fermés, tant que l'interrupteur marche-arrêt lo reste fermé.
La bobine L1 n'ayant pas besoin de courant de maintien, il est seulement
nécessaire d'assurer une simple compensation des pertes et la poursuite du
fonctionnement du circuit de commande; si l'organe 3 est prévu, il détermine
une limitation du niveau du courant d'alimentation.
Pour ouvrir de manière volontaire les contacts de puissance, on ouvre à
l'instant t3 I'interrupteur marche-arret lo; le circuit de commande 12 détecte
sur sa connexion 12a la chute de la tension d'alimentation au -dessous d'un
seuil V3, tout en continuant d'être alimenté par la capacité C2. Le circuit 12
ouvre les interrupteurs T1 et T4 et ferme de manière continue ou modulée
les interrupteurs T2 et T3. Le courant issu de la capacité C1 circule ainsi en
sens inverse dans la bobine L1, dont l'armature commute, et il en résulte
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I'ouverture des contacts de puissance. La valeur de la capacité C1 est telle
qu'elle se décharge plus rapidement que C2 afin que le circuit de commande
reste opérationnel jusqu'à l'ouverture des contacts. Quand la tension re-
passe au-dessous d'un seuil minimal V4, le circuit 12 bloque à l'instant t4 les
5 interrupteurs T2 et T3.
Lorsqu'un défaut électrique tel qu'une surintensité est constaté par un cap-
teur de courant associé au circuit de puissance, le circuit de commande 12
reçoit sur son entrée 12c un signal correspondant; en conséquence, il
lO laisse au repos les interrupteurs T1-T4 et rend passant le transistor T5 de
sorte que le courant de la capacité C1 traverse la bobine L2 qui actionne le
mécanisme déclencheur. Puis le circuit 20 rend passant les transistors
T2,T3 pour faire circuler dans la bobine L1 un courant apte à mettre l'élec-
troaimant de commande dans un état confirmant l'ouverture des contacts;
dans cette phase, le transistor T5 peut être bloqué pour contrôler le niveau
de décharge de la capacité C1. La même séquence de déclenchement peut
être initiée en réponse à une absence de courant dans la bobine L1 suite à
une fermeture de l'interrupteur lo.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, la tension V est appliquée d'une
part au pont en H 10 et à la capacité C1 via la diode D6 et d'autre part à une
capacité additionnelle C'1 via une diode D'6. La charge des capacités C1 et
C'1 s'effectue donc à travers la résistance de l'organe 3 et respectivement la
diode D6 et la diode D'6. Les bornes positives des capacités C1,C'1 sont
25 reliées à la borne haute de la bobi~e de déclenchement L2 via deux diodes
en opposition D8,D9 dont le point commun des cathodes est désigné par B1.
Le point de potentiel bas de la branche de déclenchement L2,T5,R2 est dé-
signé par B2. Le circuit de commande 12 est disposé entre B1 et B2. Ce
dispositif a pour avantage de permettre de remédier aux risques de dysfonc-
tionnement en cas de défaillance de l'une ou l'autre capacité.
Ainsi, lorsqu'on veut commuter le dispositif pour ouvrir les contacts, si la ca-pacité C1 est ouverte, le circuit de commande 12 détecte l'absence de cou-
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rant dans la bobine L1 et la résistance R1, et en conséquence rend T5 pas-
sant; la capacité C'1 se décharge via la diode D9 dans la bobine de déclen-
chement L2 pour ouvrir les contacts. Si la capacité C'1 est ouverte et que
survient dans le circuit de puissance un défaut, par exemple un court-circuit,
la capacité C1 se substitue à C'1 via la diode D8 pour alimenter la bobine L2
et ouvrir les contacts. Si la capacité C'1 se met en court-circuit lors du fonc-tionnement du dispositif, les diodes D8,D9 montées en opposition isolent la
capacité en court-circuit de la capacité C1 qui peut dès lors alimenter la bo-
bine L2 avec l'énergie nécessaire dès la fermeture de T~. Il convient de no-
lO ter que le circuit de commande 12 connecté au point B1 voit la plus grandedes tensions disponible aux bornes de C1 et C'1.
