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(11) | EP 0 252 808 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Dispositif de commande et de contrôle d'un contacteur et procédé de contrôle correspondant |
| (57) Un contacteur prévu pour l'alternatif est alimenté en continu, la bobine 1 étant
en série avec un transistor 5 fonctionnant en hacheur, et une résistance 7. Au point
de mesure 8, le courant dans la bobine est comparé à des valeurs de référence. Chaque
cycle de fonctionnement du contacteur comprend une période d'alimentation et une pause.
A l'issue de la pause, une mesure du courant dans la bobine permet de déduire la position
de l'armature. |
[0001] L'invention concerne un dispositif de commande et de contrôle d'un contacteur, et plus particuliérement un dispositif de commande d'un contacteur électromécanique prévu pour être alimenté en alternatif, et de contrôle de la position de l'armature mobile de ce contacteur, ainsi que le procédé de contrôle correspondant.
[0002] Les contacteurs en courant alternatif sont en général plus petits, à puissance égale, que les contacteurs en courant continu. Ils sont donc plus pratiques, ils consomment moins et ils chauffent moins. Mais ils présentent un inconvénient : ils ont tendance à s'ouvrir lors du passage par zéro de la valeur du courant, et ils font du bruit.
[0003] L'un des buts de l'invention est de proposer un circuit de commande permettant d'utiliser un contacteur construit pour être alimenté en courant alternatif, avec une alimentation en courant continu, l'ensemble circuit de commande-contacteur présentant les avantages du contacteur en alternatif sans en présenter les inconvénients.
[0004] Un autre but de l'invention est de proposer un procédé et un circuit de commande et de contrôle d'un contacteur procédant par mesure de l'intensité dans la bobine pour vérifier si l'armature est collée ou non.
[0005] L'invention a pour objet un dispositif de commande et de contrôle d'un contacteur électro-mécanique à armature mobile, prévu pour être alimenté en courant alternatif, caractérisé en ce qu'il comporte:
- une source d'alimentation en courant continu, pour alimenter la bobine du contacteur,
- un transistor fonctionnant, avec son circuit de commande, en hacheur à fréquence fixe et rapport cyclique-variable,
- une résistance montée en série avec la bobine du contacteur et le transistor entre les bornes de la source d'alimentation, la résistance étant montée près de la borne négative , le point commun à la résistance et au transistor étant pris comme point de mesure du courant de la bobine pendant les périodes de conduction du transistor,
- un comparateur comparant la valeur du courant au point de mesure à une valeur de référence,
- et un circuit logique définissant un cycle de fonctionnement pour le contacteur, comprenant une période d'alimentation pendant laquelle il commande le hacheur et une pause pendant laquelle le hacheur est bloqué, et à l'issue de laquelle le courant dans la bobine est comparé.à une valeur de référence pour en déduire la position, collée ou éloignée, de l'armature mobile du contacteur.
[0006] Selon d'autres caractéristiques de l'invention:
- à la commande du contacteur, le circuit logique définit, dans la période d'alimentation du contacteur, une première période d'appel de l'armature, et une deuxième période de maintien de l'armature,
- le circuit logique définit plusieurs valeurs de référence du courant, la première l'appel de l'armature mobile, la deuxième pour le maintien de l'armature, la troisième pour le contrôle de la position de l'armature,
- le circuit logique définit plusieurs fréquences fixes de fonctionnement du hacheur, une première pour la période d'appel de l'armature, et une seconde pour la période de maintien,
- trois comparateurs sont prévus, munis chacun d'une valeur de référence , le troisième comparateur (22) transmettant son signal de sortie à une mémoire-tampon lue par le circuit logique ,
- à l'issue de la pause, la comparaison de la valeur du courant de la bobine à la valeur de référence est effectuée avec un petit retard pour masquer le régime transitoire d'établissement du comparateur.
[0007] L'invention a également pour objet un procédé de contrôle d'un contacteur électromécanique, du type alimenté en courant continu par l'intermédiaire d'un hacheur, dans lequel l'inductance de la bobine est fonction de la position de l'armature mobile, caractérisé en ce que, pour vérifier si l'armature mobile est effectivement collée, on fait périodiquement une mesure indirecte de l'inductance de la bobine du contacteur.
[0008] Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- la mesure intervient à l'issue d'une période de pause pendant laquelle le hacheur est coupé;
- la mesure indirecte consiste en une mesure de l'intensité du courant dans la bobine par comparaison avec une intensité de référence ;
- l'intensité de référence est de l'ordre de la moitié de l'intensité moyenne traversant la bobine pour assurer le maintien de l'armature mobile.
[0009] A titre d'exemple, on a représenté au dessin :
Figure 1 : un schéma symbolique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de commande et de contrôle d'un contacteur , selon l'invention.
Figure 2 : un schéma d'un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention ;
Figure 3 : un schéma de quelques signaux en différents points du dispositif de la figure 1.
[0010] En se reportant au dessin, on voit un contacteur symbolisé par sa bobine 1, portant en parallèle une diode 2 de roue libre. Ce contacteur est de type alternatif , mais il est alimenté en continu entre les bornes 3 et 4 d'une source d'alimentation. En série avec la bobine 1 du contacteur est prévu un transistor 5 avec son circuit de commande 6. Entre le transistor 5 et la borne négative 4 d'alimentation est disposée une résistance 7. Le point commun au transistor 5 et à la résistance 7 est le point de mesure 8 de l'intensité du courant dans la bobine 1 pendant les périodes de conduction du transistor 5. Ce point de mesure est relié à une entrée d'un comparateur 9 dont l'autre entrée, correspondant à l'intensité de référence Ir, est alimentée par un circuit logique 10 par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique-analogique 12. Une horloge 11 alimente le circuit logique 10 en impulsions de fréquence déterminée.
[0011] Le circuit logique 10 est relié au circuit 6 de commande du transistor 5 par deux fils : l'un 13, transmet les ordres d'ouverture du transistor 5, l'autre 14, les ordres de fermeture. Ici comme dans toute la description, la notion de fils n'est pas impérative, il s'agit simplement de liaisons électriques, les circuits pouvant être intégrés. Le circuit logique 10 est susceptible de transmettre à sa sortie 15 un signal correspondant à l'état de l'armature mobile du contacteur : collée ou éloignée.. Enfin, par sa borne d'entrée 16, le circuit logique 10 est susceptible de recevoir des ordres télécommandés de manoeuvre du contacteur. L'alimentation du circuit de commande n'est pas représentée sur le dessin. Elle peut être permanente, et alors le dispositif fonctionne par télécommande ; ou elle peut être prise en parallèle sur le contacteur, et dans ce cas, à la mise sous tension du contacteur, il y a une remise a zéro générale.
[0012] Le transistor 5 fonctionne en hacheur à fréquence fixe et à rapport cyclique variable. La résistance 7 , de faible valeur qui transforme l'information courant en information tension, n'est parcourue par le courant dans la bobine que pendant les périodes de conduction du transistor 5 ; quand le transistor 5 est bloqué, la diode 2 remplit son rôle de diode de roue libre. De cette manière, on maintient dans la bobine 1 un courant moyen sensiblement constant, qui circule toujours dans le même sens. La valeur de ce courant moyen est élevée pendant la durée d'appel de l'armature mobile du contacteur, et faible pendant la durée de maintien de l'armature collée. La durée d'appel est définie a priori en fonction du contacteur, avec une certaine marge de sécurité. C'est la valeur de l'intensité de référence Ir1 qui définit la valeur du courant moyen dans la bobine 1 pendant la durée d'appel.
[0013] Sur la figure 3, on voit sur la première ligne le courant Ib dans la bobine 1, et sur la deuxième ligne la valeur de référence Ir. Au cours du fonctionnement, la valeur de référence <de consigne), imposée par le circuit logique 10, varia. Au démarrage, le circuit logique 10 impose pour le courant une valeur de référence élevée Irl pendant une durée tl correspondant à la durée d'appel de l'armature mobile. Ensuite, la valeur de référence devient plus faible, Ir2, pendant une durée t2 correspondant au maintien de l'arature collée. Ensuite, pendant la période t3 de pause, et la période t4 de mesure, la valeur de référence Ir3 devient encore plus faible et de l'ordre de la moitié de Ir2.
[0014] Après l'impulsion de remise a zéro générale Cquatrième ligne) délivrée par le circuit logique 10 au moment de la mise sous tension du contacteur, la référence passe à sa valeur forte Ir1 (appel).
[0015] Le hacheur commence à fonctionner à une fréquence fixe imposée par le circuit logique 10, et qui, pendant la durée tl d'appel, est par exemple de 1,875 kHz. Le courant Ib dans la bobine a donc tendance a monter et à s'établir juste en dessous de la valeur Irl imposée pendant la durée t1 d'appel. Au terme de cette durée tl, et pendant toute la durée t2 de maintien, le circuit logique 10 impose la valeur de référence Ir2 faible , et le courant dans la bobine s'établit juste en dessous de cette nouvelle valeur de référence. Pendant cette durée t2, la fréquence du hacheur est fixée, par le circuit logique 10, a une valeur plus élevée, par exemple 15 kHz. Le circuit de commande 6 est par exemple une bascule bistable qui reçoit du circuit logique 10 les ordres de basculement par le fil 13 et les ordres de re-basculement par le fil 14.
[0016] A la fin de la durée t2 prend place une période de pause de durée t3. Pendant cette pause, le transistor 5 est bloqué. En même temps, la valeur de référence pour l'intensité est amenée à la valeur nécessaire pour la période de temps t4 ; cette valeur Ir3 est à peu près la moitié de la valeur de référence Ir2.
[0017] Pendant la période de pause t3, le courant dans la bobine ne dépend que de la position de l'armature mobile, et de la valeur de référence Ir2 imposée avant la pause.
[0018] Si l'armature n'est pas collée, l'inductance du contacteur est faible et le courant diminue rapidement . et s'annule. C'est le cas correspondant a la partie supérieure de la figure 3. A l' issue de la durée t3 le courant Ib dans la bobine est pratiquement nul.A la fin de la durée t3, le circuit logique 10 déclenche l'ouverture du transistor 5. Apres un court instant, afin de masquer le régime transitoire d'établissement du comparateur 9, le circuit logique 10 examine l'état de sortie du comparateur 9. La troisième ligne de la figure 3 présente une impulsion, dans la durée t4, correspondant à l'instant de cet examen de l'état de sortie du comparateur 9. La valeur de réference étant toujours Ir3, si le courant dans la bobine est devenu pratiquement nul, il n'a pas enore eu le temps de prendre une valeur supérieure a Ir3. Le circuit logique 10 constate alors que le courant dans la bobine est en dessous de la valeur de référence Ir3, il en déduit que l'armature mobile n'est pas collée, et il déclenche une impulsion (ligne 4, figure 3) de remise à zéro générale qui redéclenche le processus initial avec valeur de référence Irl. Simultanément, il envoie par sa sortie 15 un signal indiquant que l'armature n'est pas collée.
[0019] Si au contraire l'armature mobile est collée, I'inductance du système est très élevée et le courant dans la bobine se maintient en décroissant légèrement. C'est le cas correspondant à la partie inférieure de la figure 3. A la fin de la durée t3, le circuit logique déclenche l'ouverture du transistor 5 et, après un court instant, examine l'état de sortie du comparateur 9. Au moment de l'impulsion représentée sur la troisième ligne de la figure 3, en bas, le courant dans de bobine est supérieur à la valeur de référence Ir3. Le circuit logique 10 commande alors le passage à une phase de maintien d'une durée (t1 + t2), avec comme valeur de référence Ir2, et il n'y a pas d'impulsion de remise à zéro générale sur la ligne 4, mais le circuit logique 10 envoie sur sa sortie 15 un signal indiquant que l'armature est collée.
[0020] Sur la figure 3, les durées ne sont pas représentées à la même échelle pour la clarté du dessin. A titre d'illustration, les durees tl et t2 sont chacune de quelques dizaines de millisecondes <68 par exemple) , la durée t3 est de quelques millisecondes (8,53 par exemple) et la durée t4 est 'de quelques microsecondes (16,8 par exemple). Autrement dit, a l'échelle de la figure 3, la durée t4 n'est pratiquement'pas visible.
[0021] Sur la figure 2 est représenté un deuxième mode de réalisation du dispositif de commande et de contrôle d'un contacteur. Les mêmes références désignent les mêmes éléments que sur la figure 1. La différence principale provient du fait qu'au lieu de faire varier la référence Ir en fonction de l'étape du fonctionnement, on utilise trois comparateurs 9, 21, 22 recevant chacun en permanence, une référence, respectivement Irl, Ir2 et Ir3. La sortie des deux premiers comparateurs 9, 21, est appliquée à une porte ET, 20, 18, respectivement, qui reçoit du circuit logique 10 une impulsion de validation pendant la durée correspondante, respectivement tl et t2. En sortie des portes ET, 20 et 18, des fils 19 et 17, respectivement, transmettent au circuit de commande 6 les ordres de blocage du transistor 5 en fonction du basculement des comparateurs 9, 21.
[0022] Le fil 13 transmet toujours les ordres d'ouverture du transistor 5, et le fil 14 transmet l'ordre de fermeture générale pendant la durée de pause t3.
[0023] Le troisième comparateur 22 transmet son état de sortie à une mémoire-tampon 23, Cette mémoire est lue par le circuit logique 10 lors de l'impulsion, transmise par le fil 24, qui intervient pendant la durée t4 et qui est schématisée sur la troisième ligne de la figure 3.
[0024] Les avantages du dispositif de contrôle et de commande selon l'invention sont, notamment, les suivants. Du fait qu'on utilise un contacteur du type à courant alternatif , on bénéficie d'un gain d'encombrement, de poids et de consommation. Du fait qu'on alimente ce contacteur en continu par l'intermédiaire d'un hacheur, le courant dans la bobine est toujours dans le même sens et on évite les problèmes liés au passage par zero du courant c'est-à-dire le décollement de l'armature.
[0025] Dans les contacteurs usuels, les bobines sont calculées pour une tension d'alimentation déterminée, et on doit changer de bobine si la tension d'alimentation varie de 10 % environ. Selon l'invention, on peut accepter pour une même bobine, des gammes de tension variant dans le rapport de 1 à 10.
[0026] Du fait que la résistance de mesure 7 est placée au voisinage immédiat de la borne négative 4 d'alimentation , elle n'est parcourue par le courant que pendant les périodes d'ouverture du hacheur, ce qui lui evite de chauffer.
[0027] Pour maintenir dans la bobine du contacteur un courant pratiquement constant pendant chacune des étapes du fonctionnement, (appel de l'armature, et maintien de l'armature), on utilise un hacheur à fréquence fixe et à rapport cyclique variable, ce qui permet de contrôler l'impression de bruit associée au fonctionnement du hacheur.
[0028] Pendant la période d'appel (durée tl), on utilise une fréquence de hacheur plus faible (environ 1,8 kHz) pour transmettre plus de puissance à la bobine afin d'assurer le collage de l'armature. Penaant la période de maintien, (durée t2), on utilise une fréquence de hacheur plus élevée (environ 15 kHz) , au-delà du domaine audible pour éliminer l'impression de bruit liee au fonctionnement du hacheur. La commutation entre fréquences d'appel et de maintien, pour le hacheur, a lieu en meme temmps que la commutation entre valeurs de reference d'appel et de maintien, pour l'intensité.
[0029] Atnci, on assure au contacteur une alimentation en forte puissance et fréquence faible pour l'appel et le collage de l'armature mobile, et une alimentation en faible puissance et frequence élevée pour son maintien.
[0030] Selon l'invention, on fait suivre chaque cycle de fonctionnement du 'contacteur <durée :tl + t2) d'une pause (duree t3) à l'issue de laquelle on contrôle la position de l'armature mobile par comparaison du courant dans la bobine avec une valeur de référence. Le résultat de cefte opération est utilisé par le systeme de contrôle et/ou transmis à distance, et il permet de reoommencer le processus de démarrage si l'armature mbbile n'est pas collee. La pause permet au courant dans ia bobine d'évoluer en fonction de la position de l'armature mobile. De ce fait, après la pause, la masure comparative du courant par rapport à la valeur de référence correspond à une mesure indirecte de l'inductance de la bobine du contacteur, qui est detinie par la position de l'armature mobile. Dans le cadre de l'invention, on n'a pas défini la durée tl. Cette durée peut être fixe et déterminee par des caractéristiques de construction du contacteur. Elle correspond alors a la durée nécessaire pour attirer l'armature mobile, augmentée d'une durée de sécurité. Elle peut également être variable et prendre fin lorsque l'armature mobile est collée. Cela suppose que l'on puisse determiner le moment du collage de l'armature.
- une source d'alimentation (3, 4) en courant continu, pour alimenter la bobine (1) du contacteur,
- un transistor (5) fonctionnant, avec son circuit de commande (6), en hacheur à fréquence fixe et rapport oylique variable,
- une résistance (7) montée en série avec la bobine (1) du contacteur et le transistor (5) entre les bornes de la Gource d'alimentation, la résistance (7) étabt montée près de la borne negative (4), le point commun a la résistance (7) et au transistor (5) étant pris comme point de mesure (8) du courant de la bobine (1) pendant les périodes de conduction du transistor (5),
- un comparateur (9) comparant la valeur du courant (Ib) au point de mesure (8) a une valeur de référence (lr).
- et un circuit logique (10) définissant un cycle de fonctionnement pour le contacteur, comprenant une période d'alimentation pendant laquelle il commande le hacheur et une pause pendant laquelle le hacheur est bloque, et à l'issue de laquelle le courant dans la bobine est comparé à une valeur de référence (Ir3) pour en déduire la position, collée ou éloignée, de l'armature mobile du contacteur.