EP0720193B1 - Dispositif électrique de commande d'ouverture et de fermeture d'un interrupteur ou d'un disjoncteur - Google Patents

Dispositif électrique de commande d'ouverture et de fermeture d'un interrupteur ou d'un disjoncteur Download PDF

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EP0720193B1
EP0720193B1 EP19950410147 EP95410147A EP0720193B1 EP 0720193 B1 EP0720193 B1 EP 0720193B1 EP 19950410147 EP19950410147 EP 19950410147 EP 95410147 A EP95410147 A EP 95410147A EP 0720193 B1 EP0720193 B1 EP 0720193B1
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EP
European Patent Office
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relay
control
series
power supply
terminals
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP19950410147
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German (de)
English (en)
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EP0720193A1 (fr
Inventor
Eric Laveuve
Gillles Cortese
Robert Tourre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric SE
Original Assignee
Schneider Electric SE
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/26—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor
    • H01H2003/266—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor having control circuits for motor operating switches, e.g. controlling the opening or closing speed of the contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/26—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor

Definitions

  • a storage mechanism usually includes a spring opening and a closing spring intended to ensure closing and / or opening abrupt contact of the device.
  • the same spring can serve as an opening spring and closing, with different reset positions for opening and closing.
  • a closing command causes arming by the motor of the closing spring, or arming in position corresponding to a single spring, which is followed by the passage of a predetermined dead center by releasing the spring and closing the contacts of the switch or circuit breaker.
  • an opening command causes compression then release an opening spring, or a single spring, thus leading to the opening of contacts.
  • the motor is activated automatically at the end of opening or closing of the contacts to reset the comes out in the corresponding position.
  • a closing or opening command acts then, via trigger coils, on the attachment system for release the spring and cause the contacts to close or open.
  • the input voltages can have very different values, continuous or alternating, which necessitates a great variety in the choice of possible relays.
  • the invention aims to reduce the cost of the order and for this use a device allowing to operate with standard relays whatever the input voltages available.
  • This device works with alternating or direct input voltages, values different and independent, for different power sources. It ensures the control of all types of control which can be associated with a switch or a circuit breaker. It also ensures the memorization of opening command orders and / or closing and the priority of an opening order order over an order order closing.
  • the costs are, moreover, reduced by the use of a standard motor, regardless of the available input voltage, for arming the spring, unlocking the attachment system or driving the contacts of the circuit breaker or switch.
  • the motor supply means comprise a supply circuit having output terminals connected to the motor and input terminals connected to a fourth power source, the power circuit comprising, in series, fourth full-wave rectification means and a chopper-series circuit.
  • FIG. 1 represents a control device according to the prior art, for a device with accumulation in stride.
  • FIG. 2 very schematically illustrates a device according to the invention, for a direct control or accumulation in stride.
  • FIG. 3 represents, in the form of block diagrams, a particular embodiment of the device control device according to Figure 2.
  • FIG. 4 represents, in more detail, a particular embodiment of the control of closure of the device according to FIG. 3.
  • FIG. 5 represents, in more detail, a particular embodiment of the command opening of the device according to FIG. 3.
  • Figure 6 shows, in more detail, a particular embodiment of the power supply auxiliary of the device according to FIG. 3.
  • FIG. 7 represents a particular embodiment of the interface of the device according to the figure 2.
  • FIGS 8 to 11 illustrate different embodiments of the engine control of the device according to figure 2.
  • FIG. 12 illustrates, in more detail, a particular embodiment of the circuit supplying the motor to the motor control according to Figure 11.
  • FIG. 13 illustrates, in more detail, a particular embodiment of the measurement circuit of circuit voltage according to figure 12.
  • FIG. 14 represents a particular embodiment of the circuit control circuit according to figure 12.
  • Figures 15a to 15c illustrate the waveforms of the input and output voltages of the pulse width modulation circuit of the control circuit according to figure 14.
  • FIG. 16 illustrates, in more detail, an alternative embodiment of the first setting circuit in the form of the control circuit according to FIG. 15.
  • Figures 17a to 17e illustrate the waveforms of the input signals (Figure 17a), intermediate (figure 17b) and output (figures 17c to 17e) of the first setting circuit shape according to figure 16.
  • FIG. 18 represents, in more detail, a particular embodiment of the second circuit for shaping the control circuit according to FIG. 15.
  • Figures 19a to 19f illustrate the waveforms of the input signals (Figure 19a), intermediate (figures 19b to 19d) and output (figures 19e and 19f) of the second setting circuit shaped according to figure 18.
  • FIG. 20 illustrates the use of the control device according to FIG. 3 for a hook-on storage control.
  • a first supply voltage U1 feeds an arming motor 1 one or more springs for closing and opening an appliance, switch or circuit breaker, via a set 2 of contacts.
  • a first contact S1, normally open, is closed by the action of a first relay 3.
  • a second contact S2, normally open, is closed by the action of a second relay 4.
  • the first relay 3 is powered by a second supply voltage U2, via a push button closing command CF.
  • the second relay is powered by a third supply voltage U3, via a control push-button CO.
  • the first contact S1 is connected in series, in a first branch of assembly 2, with a first closing limit switch contact Ff1, normally closed, which opens when the device contacts are closed.
  • the second contact S2 is connected in series, in a second branch of set 2, with a first contact of opening limit switch Fo1, which opens when the circuit breaker contacts are open (position shown in Figure 1).
  • the two branches are connected in parallel.
  • the known device according to Figure 1 operates in the manner described below.
  • the CF and CO pushbuttons are open, the relays 3 and 4 are not supplied and the motor 1 is stopped.
  • relay 3 is energized and closes the contact S1.
  • Motor 1 is then supplied with voltage U1 until the contacts of the device are closed, which leads to the opening of the contact Ff1, the closing of the contact Fo1 and the interruption of the supply to the motor 1.
  • an order of opening command produced by the CO push-button powers relay 4, closing the contact S2 and, if contact Fo1 is closed (device closed), supplying motor 1 up to that the Fo1 contact opens at the end of the device contacts opening stroke, the contact Ff1 then closing.
  • the voltages U1, U2 and U3 are independent and depend on the voltages available in the station in which the device is mounted. Typically these voltages can vary from 24V to 220V, continuous or alternating. Of course relays 3 and 4, as well as the motor, should be chosen accordingly.
  • the device is of the accumulation type in stride, the engine 1 acting on a spring which is compressed, then released immediately after the passage of a dead moin predetermined, when one of the CO control pushbuttons is actuated or CF.
  • This device is also applicable in the case of direct control, the motor then acting directly on the contacts of the device.
  • the control device uses the same supply voltage U1, U2 and U3 as the device known according to FIG. 1 for control a motor 1 via relays 3 and 4 respectively controlling contacts S1 and S2, normally open and includes a control device 5, a interface 6 and an engine control device 7.
  • the control device 5 which will be described in more detail in FIG. 3, includes first input terminals 8, to which the second supply voltage is applied U2, via the CF push button. It has second input terminals 9, to which the third supply voltage U3 is applied, via the CO push button. Third input terminals 10 are connected to a fourth supply voltage U4. First (11, 12) and second (13a, 14) output terminals are respectively connected to the terminals of the contacts S1 and S2.
  • Interface 6 which will be described in more detail in Figure 7, is connected to terminals 11 to 14 and has two output terminals 15 and 16.
  • the motor control device is connected at terminals 15 and 16 and at the supply voltage U1. It has two output terminals 17 and 18 to which the motor 1 is connected.
  • the closing command is provided by a full-wave rectifier 19a, a voltage regulator 20a, an optoelectronic coupler 21a and a circuit 22a for relay control, connected in series between input terminals 8 and relay 3.
  • the opening control is carried out by analogous elements 19b, 20b, 21b and 22b, connected in series between input terminals 9 and relay 4.
  • a signal inhibition I is applied to the relay control circuit 22a, via a optoelectronic coupler 21c connected to the voltage regulator 20b, when the push button CO is closed.
  • Input terminals 10 apply fourth voltage supply U4 at the input of an auxiliary supply circuit 23, which provides a predetermined DC supply voltage U5, for example of the order of 47V, by relative to mass.
  • the direct voltage U5 is in particular intended to supply the circuits arranged downstream of the optoelectronic links.
  • the circuits 22a and 22b of relay control have respective power inputs 24a and 24b.
  • the voltage U5 is not permanently applied to inputs 24a and 24b, the connection being made by through interface 6 ( Figure 7).
  • An additional output terminal 13b is provided, whose function will be explained with reference to Figure 20.
  • FIGS. 4 and 5 show a particular embodiment of the controls for closing and opening of circuit 5.
  • the rectifiers 19a and 19b each consist of a diode bridge.
  • the voltage regulators 20a and 20b each have a transistor T1 connected to the bridge output terminals, 19a, 19b, associated, in series with a zener diode Z1, a resistor R1 and the emitting part of the associated optoelectronic coupler (s) (21a or 21b and 21c).
  • a resistor R2 is connected in series with a Zener diode Z2 to output terminals of the associated bridge 19a or 19b, and the point common to R2 and Z2 is connected to the base of transistor T1.
  • Such a linear regulation circuit supplies with a predetermined voltage the emitting parts of the associated optoelectronic couplers as soon as a voltage, U2 or U3, is applied to the input of the corresponding rectifier bridge.
  • a static switch T2 constituted in FIGS. 4 and 5 by a Darlington assembly, is connected in series with the associated relay, 3 or 4, between earth and the power supply input 24a or 24b, corresponding.
  • the receiving part of the couplers 21a and 21b is connected between the corresponding power input, 24a or 24b and a control electrode for the associated static switch T2.
  • the control circuits of relay 22a and 22b also make it possible to store the closing and opening orders supplied by CF and CO. For this, they each have an auxiliary contact, S3a or S3b normally open, respectively controlled by relays 3 and 4, and connected in parallel on the associated static switch T2.
  • the inhibition signal I is supplied by the coupler 21c as soon as an opening order is given by the CO push button. Signal I is applied to the control electrode the static switch T2 of the control circuit 22a so as to short-circuit this control and blocking electrode T2.
  • the relay 3 in the initial absence of a signal I, the relay 3 is actuated and closes the associated auxiliary contact S3a, short-circuiting the corresponding static switch T2, so that a subsequent inhibition signal is no longer taken into account until the end of the race closing and interrupting, by opening contact Ff2, of the supply of circuit 22a command for relay 3.
  • the opening order was of the impulse type, then it has disappeared and the device remains closed.
  • the closing of the Fo2 contact causes then actuation of relay 4 and closing of contact S2.
  • Engine 1 continues to be supplied, via relay 4 and contact S2, until the end of the stroke opening, the inhibition signal preventing any closing as long as the push button is closed. This prevents jolts in the event of fugitive opening orders as well that stopping an order in an intermediate position, while ensuring priority from an opening order to a closing order.
  • the preferred embodiment of the auxiliary supply circuit 23 shown in the FIG. 6 comprises a diode bridge 25 constituting a full-wave rectifier, connected to the third input terminals 10, and a voltage regulator 26 connected at rectifier output and supplying the DC supply voltage U5.
  • the regulator comprises, for example, a transistor T3 having a control electrode connected to the common point with a resistor R3 and a zener diode Z3 connected in series to the terminals output of the rectifier bridge 25.
  • the use of the three rectifier bridges 19a, 19b and 25 and the three voltage regulators 20a, 20b and 26, allows the use of standard 3 and 4 relays, regardless of the values voltages U1, U3 and U4, which can be continuous or alternating.
  • the interface 6 shown in Figure 7 is intended to connect the control device 5 to the engine control device 7, whatever the particular embodiment chosen for device 7.
  • Interface 6 includes limit switches Ff1 and Fo1 and their connection so that the contact Ff1 is connected in series with the contact S1, and that the contact Fo1 is connected in series with contact S2.
  • the contact Ff1 is thus disposed between the terminals 12 and 16, and the contact Fo1 between terminals 14 and 16. Terminals 11, 13a and 15 are directly connected to each other.
  • the limit switches Ff2 and Fo2 are also, preferably arranged in the interface 6, outside the control device 5 which can then be standard.
  • the preferred embodiment of FIG. 7 therefore comprises an input to which the voltage U5 is applied and which is connected, respectively by through contacts Ff2 and Fo2, with two outputs themselves respectively connected to the power inputs 24a and 24b.
  • the interface also includes, preferably, an additional output 27 directly connected to the input receiving the voltage U5.
  • the simplest embodiment of the engine control device 7 is illustrated in figure 8.
  • Terminal 15 is directly connected to terminal 17 and voltage U1 is applied between terminals 16 and 18.
  • This embodiment corresponds to that shown in the figure 1 where the contacts S1 and Ff1 are connected in series with the motor at the terminals of U1 and where contacts S2 and Fo1 are also connected in series with the motor at the terminals of U1.
  • the standard control device therefore works with 4 voltages U1, U2, U3 and U4, which can all be different and arbitrary.
  • the voltages U1 and U4 can be identical and supplied by the same power source.
  • the control of the motor is realized via an additional relay 28 supplied by the voltage U5 supplied by the auxiliary supply circuit 23.
  • the relay 28 is then connected between terminal 16 and earth, while terminals 15 and 27 are connected directly.
  • Contacts S1 and Ff1 are then connected in series with relay 28 across the voltage U5 supplied by the auxiliary supply circuit. So does even contacts S2 and Fo1.
  • the relay 28 controls a third contact S3, normally open, connected in series with the motor 1 across the supply voltage U1.
  • control circuit 5 the interface 6 and the motor control circuit 7 are independent of the supply voltages.
  • the motor must always be chosen according to the value of voltage U1.
  • a motor supply circuit 29 is interposed between the voltage supply U1 and the output terminals 17 and 18 so, under the control of relay 28, to apply between terminals 17 and 18 a predetermined voltage U6 when the motor must be fed.
  • the contact S3 is connected upstream of the motor supply circuit 29.
  • the circuit 29 is therefore not connected to the voltage U1 only when an opening or closing order activates relay 28.
  • a second circuit auxiliary supply 30, connected to ground and voltage U5 via terminal 27, provides a DC supply voltage U7, adapted, for example 15V, to the components of the circuit 29.
  • Circuit 29 provides, for example, a continuous voltage U6 of 48V.
  • the voltage U1 is applied to the input of a full-wave rectifier 31, consisting of a diode bridge.
  • the output voltage of rectifier 31 is applied via contact S3, controlled by relay 28, across a chopper-series circuit.
  • the voltages U4 and U1 are combined, and it is then possible to delete one of the rectifiers 25 or 31.
  • the series chopper circuit includes a static switch T4, preferably consisting of a MOS type transistor, connected in series with the motor 1, via the terminals 17 and 18, at the output terminals of rectifier 31.
  • a control circuit 32, pulse width modulation provides control signals to the switch static T4.
  • a circuit 33 for measuring the voltage at the terminals of the motor 1 supplies the circuit 32 a voltage U8 representative of the average value of the voltage at the terminals of the motor 1.
  • a shunt resistor R4 connected in series with the motor, supplies to circuit 32 a voltage U9 representative of the current flowing through motor 1.
  • a freewheeling diode D1 is connected between terminal 17 and the mass, that is to say in parallel on the series circuit constituted by the motor 1 and the shunt resistor R4.
  • Conventionally, a voltage protection and assistance circuit the switching is connected in parallel on the transistor T4.
  • a particular embodiment of the voltage measurement circuit 33 is shown in figure 13. It consists of an active filter connected between terminal 17 and earth.
  • the filter active has a first-order RC filter that acts as an attenuator, followed by an active filter of the second order comprising an operational unity gain amplifier.
  • Such a filter is conventional and will not be described in more detail.
  • the power inputs 34 of circuits 32 and 33 are supplied by the voltage U7, by via a contact S4, normally open and whose closing is ordered by relay 28 at the same time as contact S3 is closed.
  • the control circuit 32 provides logic control signals A so that the voltage U6 at the terminals of the motor 1 has a predetermined continuous value, for example 48V, and that the current in the motor remains below a predetermined value, for example example of the order of 8A.
  • FIG. 14 illustrates a particular embodiment of the control circuit 32. It includes a pulse width modulation (PWM) circuit 35 providing signals A1 to a first shaping circuit 36, shown in more detail in the figure 16. The output of circuit 36 is connected by a pulse transformer 38 to the input of a second shaping circuit 37 supplying the transistor control signals A MOS T4. A reference voltage Uref1 is derived from the voltage applied to the input supply 34 of the control circuit 32.
  • PWM pulse width modulation
  • circuit 35 will be described in more detail using the waveforms of the signals U8, U9 and A1, shown respectively in Figures 15a, 15b and 15c.
  • the signals A1 are binary logic signals, of predetermined frequency, by 15KHz example. As is conventional in pulse width modulation, the duty cycle of signals A1 is variable depending on the input voltage U8.
  • the signal A commands the blocking of T4.
  • the current remaining below the authorized limit if U8 becomes less than Uref1, then d takes a value d1 less than dO, and if U8 becomes greater than Urefl, then d takes a value d2 greater than dO.
  • circuit 35 ignores the value of U8 and forces the signals A1 to zero, thus completely blocking T4 and interrupting the supply to motor 1. It would also possible to maintain a certain power supply to the motor then choosing a gear cyclic minimum predetermined, very low.
  • the transistor T4 being in series with the motor 1 in a power circuit, where the current can reach 8A for example, the low power signals A1 are not adapted to the direct order from T4. In addition, T4 has no ground connection and therefore works floating source. Circuits 36 and 37, galvanically isolated by the transformer of pulses 38, fulfill this adaptation function.
  • the circuit 36 includes two inverters 39 and 40.
  • the inverter 39 receives the signals A1 as an input (FIG. 17a) and outputs A3 signals (Figure 17C) complementary to A1.
  • a delay circuit 41 of the RC type, is interposed between the output of the circuit 35 and the input of the inverter 40 which receives signals A2 delayed with respect to A1, as shown in Figure 17b.
  • the A4 output signals from the inverter 40 are illustrated in Figure 17d.
  • A5 signals from output from circuit 36 consist of the difference between signals A3 and A4 and are of the shape shown in Figure 17e. These are fine, negative impulses after a brow A1 rising and positive after a A1 falling edge.
  • pulses A5 are transmitted to circuit 37 by the pulse transformer 38, the primary of which is connected between the outputs of the inverters 39 and 40 and which supplies the secondary with signals A6 (FIG. 19a) of the same type as the signals A5.
  • the circuit 37 comprises a transistor T5, of MOS type, the source of which is connected to one end of the secondary winding of the pulse transformer 38, and a transistor T6, of MOS type, the source of which is connected to the other end of this secondary winding.
  • FIG. 18 shows the internal diodes of the transistors T5 and T6.
  • the drain of T5 is connected by a resistor R5 to the control electrode, or gate, of T4, while the drain of T6 is connected directly to the source of T4.
  • the control signals A of T4 are applied between the gate and the source of T4.
  • Two voltage dividers consisting of resistors R6 and R7 in series, respectively R8 and R9 in series, are connected in parallel on the secondary winding of the transformer 38.
  • the point common to the resistors R6 and R7 is connected to the grid of T5 and the point common to R8 and R9 is connected to the grid of T6.
  • the circuit start-up includes a transistor T7, type J-FET, connected between the drains of the transistors T5 and T6.
  • the gate of T7 is connected to the anode of a diode D2 including the cathode is connected to the source of T5.
  • the grid of T7 is, moreover, connected by a resistor R10, in parallel on a capacitor C1, to the drain of transistor T6.
  • a D3 diode, of the type Transil is connected in parallel on T4, so as to limit the gate-source voltage of T4.
  • FIGS. 19a to 19f on which the conduction of the transistors T5, T6, T7 and T4 is represented by a positive signal in Figures 19b, 19c, 19d and 19f respectively.
  • the transformer 38 does not provide any pulse and the signals A6 (Figure 19a) are zero.
  • the transistors T5 and T6 are both blocked and the transistor T7, which is of J-FET type, i.e. normally conductive in the absence of a command, is conductive ( Figure 19d).
  • Signals A (figure 19e) are then at zero preventing a parasitic conduction of transistor T4.
  • the capacitor C1 is recharged and T4 is blocks again. If the time between a negative pulse and a positive pulse is too large, capacitor C1 discharges completely and T7 becomes conductive again. The operation of the circuit 37 is then the same as in the conditions of starting.
  • a latching accumulator control In a conventional latching accumulator control, the electric motor is used to automatically arm the spring (s), but does not intervene when a opening or closing order is sent.
  • an opening order is applied directly to a Yo opening release coil, connected in series with CO across the voltage U3.
  • Closing the CO opening push button applies the voltage U3 to the terminals of the coil Yo which releases the catch and causes the abrupt opening of the device contacts.
  • a position contact of device contacts opening when the device is open, is connected in series with the Yo coil between terminals 9, so as to interrupt the supply of the Yo coil as soon as opening the device.
  • a trigger coil for Yf is similarly connected in series with the push button CF closing across the U2 voltage.
  • the control device 5 of FIG. 3 can nevertheless also be used for a command of this type.
  • Figure 20 illustrates such a command.
  • the reel of opening trigger Yo is connected to terminals 9.
  • the control circuit opening (19b, 20b, 21b, 22b, 4) of the device 5 of FIG. 3 does not intervene for the Yo coil control. However, this circuit is used to ensure the priority of a opening order on a closing order.
  • the trip coil closing Yf intended to unlock the spring to close the device upon receipt of a closing order, is connected between one of the input terminals 8 and the terminal 14, while that the additional output terminal 13b is connected to the other input terminal 8.
  • the contact S2 can take two positions.
  • the contact S2 In its first position, shown in Figure 3 and corresponding to its open position in the description of the preceding figures, the contact S2 connects terminals 14 and 13b. In its second position it connects terminals 14 and 13a.
  • relay 4 In its presence of an opening order, relay 4 is activated and the contact S2 interrupts the connection between terminals 14 and 13b, therefore the connection of the coil Yf to terminals 8 and pressing the CF push button has no effect.
  • the device command 5 thus ensures the priority of an opening order over a closing order.
  • the relay 3 is used for arming spring.
  • the additional connection 42 (FIG. 4) is not cut. She short-circuits the receiving part of the optocoupler 21a and thus ensures the supply of the relay 3, independently of a closing order, when a voltage is applied to the power input 24a.
  • the motor is connected between terminal 12 and one of the terminals 10, while the other terminal 10 is connected directly to terminal 11.
  • the relay 3 is activated and contact S1, closed, connects terminals 11 and 12, applying voltage U4 to terminals of the motor.
  • the voltage U5 is applied to the power input 24a via suitable contacts for actuating the arming motor.
  • voltage U5 can be applied to input 24a via an opening limit switch contact, which closes when the device is closed, connected in series with a limit switch for arming the spring, closed when the spring is not armed.
  • the motor supply circuit 29 can also be used to replace the motor with a standard motor.
  • a standard control device 5 can be used regardless of the type of control desired.
  • the main advantages of the circuit know the use of standard 3 and 4 relays, independent of the available voltages, and the priority of an opening order over a closing order, are found in all cases of figure, even if the trigger coils Yo and Yf of figure 20 remain adapted to input voltages.
  • a standard motor can be made possible thanks to a suitable motor supply circuit, comprising a controlled chopper-series by a pulse width modulation control circuit.

Landscapes

  • Control Of Direct Current Motors (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Agricultural Machines (AREA)

Description

L'invention concerne un dispositif électrique de commande d'ouverture et de fermeture d'un interrupteur ou d'un disjoncteur, comportant :
  • des moyens de commande comportant des premières et secondes bornes d'entrée et des premier et second relais respectivement connectés aux premières et secondes bornes d'entrée;
  • une première source d'alimentation , connectée par des moyens de commande de fermeture auxdites premières bornes d'entrée, et
  • une seconde source d'alimentation , connectée par des moyens de commande d'ouverture auxdites secondes bornes d'entrée, pour commander l'actionnement du second relais lors de l'actionnement des moyens de commande d'ouverture.
Il existe, notamment en moyenne tension, différents types de commande d'un interrupteur ou d'un disjoncteur utilisant un moteur électrique. La commande peut être réalisée par transmission directe entre le moteur et les contacts de l'interrupteur ou du disjoncteur ou par l'intermédiaire d'un mécanisme à accumulation d'énergie qui emmagasine, dans des ressorts, l'énergie nécessaire à la fermeture ou à l'ouverture de l'interrupteur ou du disjoncteur. Deux types de commande à accumulation sont classiquement utilisés, une commande dans la foulée ou une commande à accrochage, ainsi que, dans certains cas, une combinaison des deux. Un mécanisme à accumulation comporte généralement un ressort d'ouverture et un ressort de fermeture destinés à assurer une fermeture et/ou une ouverture brusque des contacts de l'appareil. Il existe différents types de mécanisme à accumulation, comportant différents types de ressorts. Un même ressort peut servir de ressort d'ouverture et de fermeture, avec des positions différentes de réarmement pour l'ouverture et la fermeture. Dans un mécanisme à accumulation dans la foulée une commande de fermeture entraíne l'armement par le moteur du ressort de fermeture, ou l'armement à la position correspondante d'un ressort unique, qui est suivi au passage d'un point mort prédéterminé par la libération du ressort et la fermeture des contacts de l'interrupteur ou du disjoncteur. De manière analogue, une commande d'ouverture entraíne la compression puis la libération d'un ressort d'ouverture, ou d'un ressort unique, conduisant ainsi à l'ouverture des contacts. Dans le cas d'un mécanisme à accumulation à accrochage, le moteur est actionné automatiquement en fin de course d'ouverture ou de fermeture des contacts pour réarmer le ressort dans la position correspondante. Une commande de fermeture ou d'ouverture agit alors, par l'intermédiaire de bobines de déclenchement, sur le système d'accrochage pour libérer le ressort et provoquer la fermeture ou l'ouverture des contacts.
Ces commandes sont actuellement réalisées à l'aide de relais électromécaniques. Les tensions d'entrée peuvent avoir des valeurs très différentes, continues ou alternatives, ce qui rend nécessaire une grande variété dans le choix des relais possibles.
L'invention a pour but de réduire le coût de la commande et pour cela utiliser un dispositif permettant de fonctionner avec des relais standards quelles que soient les tensions d'entrée disponibles.
Ce but est atteint par le fait que, selon l'invention, les moyens de commande comportent :
  • des premiers moyens de commande, connectés entre les premières bornes d'entrée et le premier relais et comportant, en série, des premiers moyens de redressement double-alternance, des premiers moyens de régulation de tension, des premiers moyens de couplage optoélectronique et des premiers moyens de contrôle, les premiers moyens de contrôle comportant des moyens de mémorisation d'un ordre de commande de fermeture,
  • des seconds moyens de commande, connectés entre les secondes bornes d'entrée et le second relais et comportant, en série, des seconds moyens de redressement double-alternance, des seconds moyens de régulation de tension, des seconds moyens de couplage optoélectronique et des seconds moyens de contrôle, les seconds moyens de contrôle comportant des moyens de mémorisation d'un ordre de commande d'ouverture, les seconds moyens de commande comportant, de plus, des moyens d'inhibition, connectés à une entrée d'inhibition des premiers moyens de contrôle et produisant un signal d'inhibition lors de l'actionnement des moyens de commande d'ouverture ,
  • des moyens d'alimentation auxiliaire comportant des troisièmes moyens de redressement double-alternance et des troisièmes moyens de régulation de tension connectés, en série, entre des troisièmes bornes d'entrée connectées à une troisième source d'alimentation et des bornes de sortie des moyens d'alimentation auxiliaire, connectés aux premiers et seconds moyens de contrôle.
Ce dispositif fonctionne avec des tensions d'entrée alternatives ou continues, de valeurs différentes et indépendantes, pour les diverses sources d'alimentation. Il assure la commande de tous les types de commande qui peuvent être associés à un interrupteur ou à un disjoncteur. Il assure de plus la mémorisation des ordres de commande d'ouverture et/ou de fermeture et la priorité d'un ordre de commande d'ouverture sur un ordre de commande de fermeture.
Selon un développement de l'invention, les coûts sont, de plus, réduits par l'utilisation d'un moteur standard, indépendamment de la tension d'entrée disponible, pour l'armement du ressort, le déverrouillage du système d'accrochage ou l'entraínement des contacts du disjoncteur ou de l'interrupteur.
Pour cela, les moyens d'alimentation du moteur comportent un circuit d'alimentation ayant des bornes de sortie connectées au moteur et des bornes d'entrée connectées à une quatrième source d'alimentation, le circuit d'alimentation comportant, en série, des quatrième moyens de redressement double-alternance et un circuit hacheur-série.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 représente un dispositif de commande selon l'art antérieur, pour un dispositif à accumulation dans la foulée.
La figure 2 illustre de façon très schématique un dispositif selon l'invention, pour une commande directe ou à accumulation dans la foulée.
La figure 3 représente, sous forme de schémas-blocs, un mode particulier de réalisation du dispositif de commande du dispositif selon la figure 2.
La figure 4 représente, plus en détail, un mode de réalisation particulier de la commande de fermeture du dispositif selon la figure 3.
La figure 5 représente, plus en détail, un mode de réalisation particulier de la commande d'ouverture du dispositif selon la figure 3.
La figure 6 représente, plus en détail, un mode de réalisation particulier de l'alimentation auxiliaire du dispositif selon la figure 3.
La figure 7 représente un mode particulier de réalisation de l'interface du dispositif selon la figure 2.
Les figures 8 à 11 illustrent différentes variantes de réalisation de la commande moteur du dispositif selon la figure 2.
La figure 12 illustre, plus en détail, un mode particulier de réalisation du circuit d'alimentation du moteur de la commande-moteur selon la figure 11.
La figure 13 illustre, plus en détail, un mode particulier de réalisation du circuit de mesure de tension du circuit selon la figure 12.
La figure 14 représente un mode particulier de réalisation du circuit de contrôle du circuit selon la figure 12.
Les figures 15a à 15c illustrent les formes d'onde des tensions d'entrée et de sortie du circuit à modulation de largeur d'impulsion du circuit de contrôle selon la figure 14.
La figure 16 illustre, plus en détail, une variante de réalisation du premier circuit de mise en forme du circuit de contrôle selon la figure 15.
Les figures 17a à 17e illustrent les formes d'onde des signaux d'entrée (figure 17a), intermédiaires (figure 17b) et de sortie (figures 17c à 17e) du premier circuit de mise en forme selon la figure 16.
La figure 18 représente, plus en détail, un mode particulier de réalisation du second circuit de mise en forme du circuit de contrôle selon la figure 15.
Les figures 19a à 19f illustrent les formes d'onde des signaux d'entrée (figure 19a), intermédiaires (figures 19b à 19d) et de sortie (figures 19e et 19f) du second circuit de mise en forme selon la figure 18.
La figure 20 illustre l'utilisation du dispositif de commande selon la figure 3 pour une commande à accumulation à accrochage.
Sur la figure 1, une première tension d'alimentation U1 alimente un moteur 1 d'armement d'un ou plusieurs ressorts de fermeture et d'ouverture d'un appareil, interrupteur ou disjoncteur, par l'intermédiaire d'un ensemble 2 de contacts. Un premier contact S1, normalement ouvert, est fermé sous l'action d'un premier relais 3. Un second contact S2, normalement ouvert, est fermé sous l'action d'un second relais 4. Le premier relais 3 est alimenté par une seconde tension d'alimentation U2, par l'intermédiaire d'un bouton-poussoir de commande de fermeture CF. Le second relais est alimenté par une troisième tension d'alimentation U3, par l'intermédiaire d'un bouton-poussoir de commande d'ouverture CO. Le premier contact S1 est connecté en série, dans une première branche de l'ensemble 2, avec un premier contact de fin de course de fermeture Ff1, normalement fermé, qui s'ouvre lorsque les contacts de l'appareil sont fermés. Le second contact S2 est connecté en série, dans une seconde branche de l'ensemble 2, avec un premier contact de fin de course d'ouverture Fo1, qui s'ouvre lorsque les contacts du disjoncteur sont ouverts (position représentée sur la figure 1). Les deux branches sont connectées en parallèle.
Le dispositif connu selon la figure 1 fonctionne de la manière décrite ci-dessous. En l'absence d'ordre de commande, les boutons-poussoirs CF et CO sont ouverts, les relais 3 et 4 ne sont pas alimentés et le moteur 1 est arrêté. Lorsqu'un ordre de commande de fermeture est produit par le bouton-poussoir CF, le relais 3 est alimenté et ferme le contact S1. Le moteur 1 est alors alimenté par la tension U1 jusqu'à ce que les contacts de l'appareil soient fermés, ce qui entraíne l'ouverture du contact Ff1, la fermeture du contact Fo1 et l'interruption de l'alimentation du moteur 1. De manière analogue, un ordre de commande d'ouverture produit par le bouton-poussoir CO alimente le relais 4, fermant le contact S2 et, si le contact Fo1 est fermé (appareil fermé), alimentant le moteur 1 jusqu'à ce que le contact Fo1 s'ouvre en fin de course d'ouverture des contacts de l'appareil, le contact Ff1 se refermant alors.
Les tensions U1, U2 et U3 sont indépendantes et dépendent des tensions disponibles dans le poste dans lequel le dispositif est monté. Typiquement ces tensions peuvent varier de 24V à 220V, en continu ou en alternatif. Bien entendu les relais 3 et 4, ainsi que le moteur, doivent être choisis en conséquence.
Sur la figure 1, le dispositif est du type à accumulation dans la foulée, le moteur 1 agissant sur un ressort qui est comprimé, puis libéré dans la foulée au passage d'un moint mort prédéterminé, lors de l'actionnement de l'un des boutons-poussoirs de commande CO ou CF. Ce dispositif est également applicable dans le cas d'une commande directe, le moteur agissant alors directement sur les contacts de l'appareil.
Comme représenté à la figure 2, dans le cas où il est utilisé pour une commande directe ou à accumulation dans la foulée, le dispositif de commande selon l'invention utilise les mêmes tension d'alimentation U1, U2 et U3 que le dispositif connu selon la figure 1 pour commander un moteur 1 par l'intermédiaire des relais 3 et 4 contrôlant respectivement des contacts S1 et S2, normalement ouverts et comporte un dispositif de commande 5, une interface 6 et un dispositif de commande-moteur 7.
Le dispositif de commande 5, qui sera décrit plus en détail à la figure 3, comporte des premières bornes d'entrée 8, sur lesquelles est appliquée la seconde tension d'alimentation U2, par l'intermédiaire du bouton-poussoir CF. Il comporte des secondes bornes d'entrée 9, sur lesquelles est appliquée la troisième tension d'alimentation U3, par l'intermédiaire du bouton-poussoir CO. Des troisièmes bornes d'entrée 10 sont connectées à une quatrième tension d'alimentation U4. Des premières (11, 12) et secondes (13a, 14) bornes de sortie sont respectivement connectées aux bornes des contacts S1 et S2.
L'interface 6, qui sera décrite plus en détail à la figure 7, est connectée aux bornes 11 à 14 et comporte deux bornes de sortie 15 et 16. le dispositif de commande-moteur est connecté aux bornes 15 et 16 et à la tension d'alimentation U1. Il comporte deux bornes de sortie 17 et 18 auxquelles est connecté le moteur 1.
Sur la figure 3, la commande de fermeture est assurée par un redresseur double-alternance 19a, un régulateur de tension 20a, un coupleur optoélectronique 21a et un circuit 22a de commande de relais, connectés en série entre les bornes d'entrée 8 et le relais 3. De manière analogue, la commande d'ouverture est réalisée par des éléments analogues 19b, 20b, 21b et 22b, connectés en série entre les bornes d'entrée 9 et le relais 4. Un signal d'inhibition I est appliqué au circuit 22a de commande de relais, par l'intermédiaire d'un coupleur optoélectronique 21c connecté au régulateur de tension 20b, lorsque le bouton-poussoir CO est fermé. Les bornes d'entrée 10 appliquent la quatrième tension d'alimentation U4 à l'entrée d'un circuit d'alimentation auxiliaire 23, qui fournit une tension d'alimentation continue prédéterminée U5, par exemple de l'ordre de 47V, par rapport à la masse. La tension continue U5 est notamment destinée à alimenter les circuits disposés en aval des liaisons optoélectroniques. Sur la figure 3 les circuits 22a et 22b de commande de relais comportent des entrées d'alimentation respectives 24a est 24b. Dans un mode de réalisation préférentiel, décrit plus en détail par la suite, la tension U5 n'est pas appliquée en permanence sur les entrées 24a et 24b, la connexion se faisant par l'intermédiaire de l'interface 6 (figure 7). Une borne de sortie additionnelle 13b est prévue, dont la fonction sera explicitée en référence à la figure 20.
Les figures 4 et 5 représentent un mode particulier de réalisation des commandes de fermeture et d'ouverture du circuit 5. Les redresseurs 19a et 19b sont constitués chacun par un pont de diodes. Les régulateurs de tension 20a et 20b, comportent chacun un transistor T1 connecté aux bornes de sortie du pont, 19a, 19b, associé, en série avec une diode zener Z1, une résistance R1 et la partie émettrice du ou des coupleurs optoélectroniques associés (21a ou 21b et 21c). Une résistance R2 est connectée en série avec une diode Zener Z2 aux bornes de sortie du pont associé 19a ou 19b, et le point commun à R2 et Z2 est connecté à la base du transistor T1. Un tel circuit de régulation linéaire, de type connu, alimente avec une tension prédéterminée les parties émettrices des coupleurs optoélectroniques associés dès qu'une tension, U2 ou U3, est appliquée à l'entrée du pont redresseur correspondant.
Bien entendu tout autre type de régulation de tension, notamment à découpage, peut être utilisé.
Un interrupteur statique T2, constitué sur les figures 4 et 5 par un montage Darlington, est connecté en série avec le relais associé, 3 ou 4, entre la masse et l'entrée d'alimentation 24a ou 24b, correspondante. La partie réceptrice des coupleurs 21a et 21b, est connectée entre l'entrée d'alimentation, 24a ou 24b, correspondante et une électrode de commande de l'interrupteur statique T2 associé. Ainsi l'actionnement du bouton-poussoir CF ou CO conduit à l'actionnement du relais correspondant. Les circuits de commande du relais 22a et 22b permettent, de plus, d'assurer la mémorisation des ordres de fermeture et d'ouverture fournis par CF et CO. Pour cela, ils comportent chacun un contact auxiliaire, S3a ou S3b normalement ouvert, respectivement commandé par les relais 3 et 4, et connecté en parallèle sur l'interrupteur statique T2 associé. Dès l'actionnement du relais 3 ou 4, correspondant, le contact auxiliaire associé court-circuite l'interrupteur statique T2 et assure l'alimentation du relais tant que la tension d'alimentation U5 reste appliquée à l'entrée d'alimentation 24a ou 24b, correspondante. Une connexion additionnelle 42, indiquée en pointillé sur la figure 4, est prévue. Cette connexion est coupée lorsque le dispositif est destiné à une commande à accumulation dans la foulée ou à une commande directe. Sa fonction dans le cas d'une commande à accumulation à accrochage sera explicitée plus loin en référence à la figure 20.
Dans les types de commande considérés sur la figure 2, lorsqu'un ordre de fermeture, ou d'ouverture, est donné, le moteur 1 doit être alimenté jusqu'à la fin de la course de fermeture, ou d'ouverture des contacts de l'appareil. Pour cela le relais 3, ou 4, doit maintenir le contact S1, ou S2, fermé pendant toute la durée de cette course. Dans ce but (figure 7), la tension d'alimentation U5 est appliqué à l'entrée d'alimentation 24a par l'intermédiaire d'un second contact de fin de course de fermeture Ff2, fermé en position d'ouverture des contacts de l'appareil (position représentée à la figure 7), et à l'entrée d'alimentation 24b par l'intermédiaire d'un second contact de fin de course d'ouverture Fo2, ouvert en position d'ouverture des contacts de l'appareil. Ainsi en fin de course des contacts de l'appareil, le second contact de fin de course correspondant s'ouvre, interrompant l'alimentation du relais associé et ouvrant les contacts S1 et S3a ou S2 et S3b correspondants.
Le signal d'inhibition I est fourni par le coupleur 21c dès qu'un ordre d'ouverture est donné par le bouton-poussoir CO. Le signal I est appliqué sur l'électrode de commande de l'interrupteur statique T2 du circuit de commande 22a de manière à court-circuiter cette électrode de commande et à bloquer T2.
Si l'appareil est en position de fermeture, Fo2 est fermé et Ff2 est ouvert. Le circuit de commande 22b est donc alimenté, tandis que l'alimentation du circuit de commande 22a est interrompue. Un ordre de fermeture n'a donc aucun effet. Par contre, un ordre d'ouverture commande l'actionnement du relais 4 et l'ouverture de l'appareil. Le signal d'inhibition I ne joue aucun rôle dans ce cas. Si des ordres de fermeture et d'ouverture sont envoyés simultanément, seul l'ordre d'ouverture est pris en compte, car le circuit 22a n'est pas alimenté.
Si l'appareil est en position d'ouverture, Fo2 est ouvert et Ff2 est fermé. Le circuit de commande 22a est donc alimenté, tandis que l'alimentation du circuit de commande 22b est interrompue. Un ordre d'ouverture ne peut donc actionner le relais 4. Par contre il produit toujours un signal d'inhibition I, de sorte que si des ordres d'ouverture et de fermeture sont envoyés simultanément, la priorité est automatiquement donnée à l'ordre d'ouverture et l'appareil ne change pas de position. Néanmoins, si une manoeuvre de fermeture est en cours lorsqu'un ordre d'ouverture est donné, la manoeuvre de fermeture se poursuit. En effet, dans ce cas, en l'absence initialement d'un signal I, le relais 3 est actionné et ferme le contact auxiliaire S3a associé, court-circuitant l'interrupteur statique T2 correspondant, de sorte qu'un signal d'inhibition ultérieur n'est plus pris en compte jusqu'à la fin de la course de fermeture et l'interruption, par ouverture du contact Ff2, de l'alimentation du circuit 22a de commande du relais 3. Si l'ordre d'ouverture était du type impulsionnel, il a alors disparu et l'appareil reste fermé. Par contre si l'ordre d'ouverture est encore présent à la fin de la course de fermeture des contacts de l'appareil, la fermeture du contact Fo2 entraíne alors l'actionnement du relais 4 et la fermeture du contact S2. Le moteur 1 continue d'être alimenté, par l'intermédiaire du relais 4 et du contact S2, jusqu'à la fin de la course d'ouverture, le signal d'inhibition empêchant toute fermeture tant que le bouton-poussoir d'ouverture est fermé. On évite ainsi les à coups en cas d'ordres d'ouverture fugitifs ainsi que l'arrêt d'une commande dans une position intermédiaire, tout en garantissant la priorité d'un ordre d'ouverture sur un ordre de fermeture.
Le mode de réalisation préférentiel du circuit d'alimentation auxiliaire 23 représenté à la figure 6 comporte un pont de diodes 25 constituant un redresseur double-alternance, connecté aux troisièmes bornes d'entrée 10, et un régulateur de tension 26 connecté en sortie du redresseur et fournissant la tension continue d'alimentation U5. Le régulateur comporte, par exemple, un transistor T3 ayant une électrode de commande connectée au point commun à une résistance R3 et à une diode zener Z3 connectées en série aux bornes de sortie du pont redresseur 25.
L'utilisation des trois ponts redresseurs 19a, 19b et 25 et des trois régulateurs de tension 20a, 20b et 26, permet d'utiliser des relais 3 et 4 standards, indépendamment des valeurs des tensions U1, U3 et U4, qui peuvent être continues ou alternatives.
L'interface 6 représentée à la figure 7 est destinée à connecter le dispositif de commande 5 au dispositif 7 de commande moteur, quelque soit le mode de réalisation particulier retenu pour le dispositif 7.
L'interface 6 comporte les contacts de fin de course Ff1 et Fo1 et leurs connexions de manière à ce que le contact Ff1 soit connecté en série avec le contact S1, et que le contact Fo1 soit connecté en série avec le contact S2. Le contact Ff1 est ainsi disposé entre les bornes 12 et 16, et le contact Fo1 entre les bornes 14 et 16. Les bornes 11, 13a et 15 sont directement connectées entre elles. Les contacts de fin de course Ff2 et Fo2 sont également, de préférence, disposés dans l'interface 6, à l'extérieur du dispositif de commande 5 qui peut alors être standard. Le mode de réalisation préférentiel de la figure 7 comporte donc une entrée sur laquelle est appliquée la tension U5 et qui est connectée, respectivement par l'intermédiaire des contacts Ff2 et Fo2, à deux sorties elles-mêmes respectivement connectées aux entrées d'alimentation 24a et 24b. L'interface comporte également, de préférence, une sortie supplémentaire 27 directement connectée à l'entrée recevant la tension U5.
Le mode de réalisation le plus simple du dispositif de commande moteur 7 est illustré à la figure 8. La borne 15 est directement connectée à la borne 17 et la tension U1 est appliquée entre les bornes 16 et 18. Ce mode de réalisation correspond à celui représenté à la figure 1 où les contacts S1 et Ff1 sont connectés en série avec le moteur aux bornes de U1 et où les contacts S2 et Fo1 sont également connectés en série avec le moteur aux bornes de U1. Dans ce cas le dispositif de commande, standard, fonctionne donc avec 4 tensions U1, U2, U3 et U4, qui peuvent toutes être différentes et quelconques. En pratique, dans ce cas les tensions U1 et U4 peuvent être identiques et fournies par une même source d'alimentation.
Dans les modes de réalisation représentés aux figures 9 à 11, la commande du moteur est réalisée par l'intermédiaire d'un relais supplémentaire 28 alimenté par la tension U5 fournie par le circuit d'alimentation auxiliaire 23. Dans le circuit de commande moteur 7, le relais 28 est alors connecté entre la borne 16 et la masse, tandis que les bornes 15 et 27 sont reliées directement. Les contacts S1 et Ff1 sont alors connectés en série avec le relais 28 aux bornes de la tension U5 fournie par le circuit d'alimentation auxiliaire. Il en va de même des contacts S2 et Fo1.
Sur la figure 9, le relais 28 commande un troisième contact S3, normalement ouvert, connecté en série avec le moteur 1 aux bornes de la tension d'alimentation U1.
Dans les modes de réalisation précédents, le circuit de commande 5, l'interface 6 et le circuit de commande moteur 7 sont indépendants des tensions d'alimentation. Cependant le moteur doit toujours être choisi en fonction de la valeur de la tension U1.
Les modes de réalisation représentés aux figures 10 et 11 permettent, de plus, de s'affranchir de cette dernière contrainte et d'utiliser un moteur standard quelle que soit la tension U1 disponible. Un circuit 29 d'alimentation du moteur est interposé entre la tension d'alimentation U1 et les bornes de sortie 17 et 18 de manière, sous le contrôle du relais 28, à appliquer entre les bornes 17 et 18 une tension U6 prédéterminée lorsque le moteur doit être alimenté.
Dans le mode de réalisation préférentiel de la figure 11, le contact S3 est connecté en amont du circuit 29 d'alimentation du moteur. Le circuit 29 n'est donc connecté à la tension U1 que lorsqu'un ordre d'ouverture ou de fermeture actionne le relais 28. Un second circuit d'alimentation auxiliaire 30, connecté à la masse et à la tension U5 par la borne 27, fournit une tension d'alimentation continue U7, adaptée, par exemple de 15V, aux composants du circuit 29.
Le circuit 29 fournit, par exemple, une tension U6 continue de 48V. Dans le mode de réalisation de la figure 12, la tension U1 est appliquée à l'entrée d'un redresseur double-alternance 31, constitué par un pont de diodes. La tension de sortie du redresseur 31 est appliquée par l'intermédiaire du contact S3, commandé par le relais 28, aux bornes d'un circuit hacheur-série. Dans un mode de réalisation préférentiel, les tensions U4 et U1 sont confondues, et il est alors possible de supprimer l'un des redresseurs 25 ou 31.
Le circuit-hacheur série comporte un interrupteur statique T4, constitué de préférence par un transistor de type MOS, connecté en série avec le moteur 1, par l'intermédiaire des bornes 17 et 18, aux bornes de sortie du redresseur 31. Un circuit 32 de contrôle, à modulation de largeur d'impulsion fournit des signaux de commande à l'interrupteur statique T4. Un circuit 33 de mesure de la tension aux bornes du moteur 1 fournit au circuit 32 une tension U8 représentative de la valeur moyenne de la tension aux bornes du moteur 1. Dans le mode de réalisation préférentiel de la figure 12, une résistance R4 de shunt, connectée en série avec le moteur, fournit au circuit 32 une tension U9 représentative du courant parcourant le moteur 1. Une diode de roue libre D1 est connectée entre la borne 17 et la masse, c'est à dire en parallèle sur le circuit série constitué par le moteur 1 et la résistance de shunt R4. De manière classique, un circuit de protection en tension et d'aide à la commutation est connecté en parallèle sur le transistor T4.
Un mode particulier de réalisation du circuit de mesure de tension 33 est représenté à la figure 13. Il est constitué par un filtre actif connecté entre la borne 17 et la masse. Le filtre actif comporte un filtre RC du premier ordre qui sert d'atténuateur, suivi d'un filtre actif du second ordre comportant un amplificateur opérationnel de gain unitaire. Un tel filtre est classique et ne sera pas décrit plus en détail.
Les entrées d'alimentation 34 des circuits 32 et 33 sont alimentées par la tension U7, par l'intermédiaire d'un contact S4, normalement ouvert et dont la fermeture est commandée par le relais 28 en même temps que la fermeture du contact S3.
Le circuit de contrôle 32 fournit des signaux logiques de commande A de manière à ce que la tension U6 aux bornes du moteur 1 ait une valeur continue prédéterminée, par exemple 48V, et à ce que le courant dans le moteur reste inférieur à une valeur prédéterminée, par exemple de l'ordre de 8A.
La figure 14 illustre un mode particulier de réalisation du circuit de contrôle 32. Il comporte un circuit 35 de modulation de largeur d'impulsion (PWM) fournissant des signaux A1 à un premier circuit de mise en forme 36, représenté plus en détail à la figure 16. La sortie du circuit 36 est reliée par un transformateur d'impulsions 38 à l'entrée d'un second circuit de mise en forme 37 fournissant les signaux A de commande du transistor MOS T4. Une tension de référence Uref1 est dérivée de la tension appliquée à l'entrée d'alimentation 34 du circuit de contrôle 32.
Le fonctionnement du circuit 35 va être décrit plus en détail à l'aide des formes d'onde des signaux U8, U9 et A1, représentés respectivement sur les figures 15a, 15b et 15c.
Les signaux A1 sont des signaux logiques binaires, de fréquence prédéterminée, par exemple 15KHz. Comme cela est classique en modulation de largeur d'impulsion, le rapport cyclique des signaux A1 est variable en fonction de la tension U8 d'entrée.
Pendant chaque période, la durée d pendant laquelle le signal A1 est à une première valeur logique prédéterminée est telle que : d = dO + k (U8-U ref 1) où k est une constante.
Lorsque A1 prend ladite première valeur logique, zéro sur la figure 15c, le signal A commande le blocage de T4. Ainsi, en fonctionnement normal, lorsque la tension U8 est égale à la tension de référence Uref1 et que le courant dans le moteur reste inférieur à la limite autorisé, c'est à dire lorsque la tension U9 reste inférieure à une tension de référence Uref2, interne au circuit 35, alors d = dO. Le courant restant inférieur à la limite autorisée, si U8 devient inférieure à Uref1, alors d prend une valeur d1 inférieure à dO, et si U8 devient supérieure à Urefl, alors d prend une valeur d2 supérieure à dO.
De plus, sur la figure 15C, lorsque le courant est trop élevé, c'est à dire dès que U9 dépasse Uref2, alors le circuit 35 ignore la valeur de U8 et force les signaux A1 à zéro, bloquant ainsi totalement T4 et interrompant l'alimentation du moteur 1. Il serait également possible de maintenir une certaine alimentation du moteur en choisissant alors un rapport cyclique minimum prédéterminé, très faible.
Le transistor T4 étant en série avec le moteur 1 dans un circuit de puissance, où le courant peut atteindre 8A par exemple, les signaux basse puissance A1 ne sont pas adaptés à la commande directe de T4. De plus, T4 n'a pas de connexion à la masse et fonctionne donc en source flottante. Les circuits 36 et 37, isolés galvaniquement par le transformateur d'impulsions 38, remplissent cette fonction d'adaptation.
Dans le mode de réalisation particulier représenté à la figure 16, le circuit 36 comporte deux inverseurs 39 et 40. L'inverseur 39 reçoit en entrée les signaux A1 (figure 17a) et fournit en sortie des signaux A3 (figure 17C) complémentaires de A1. Un circuit à retard 41, de type RC, est interposé entre la sortie du circuit 35 et l'entrée de l'inverseur 40 qui reçoit des signaux A2 retardés par rapport à A1, tels qu'illustrés sur la figure 17b. Les signaux A4 de sortie de l'inverseur 40 sont illustrés sur la figure 17d. Les signaux A5 de sortie du circuit 36 sont constitués par la différence entre les signaux A3 et A4 et sont de la forme représentée sur la figure 17e. Ce sont des impulsions fines, négatives après un front de montée de A1 et positives après un front de descente de A1.
Ces impulsions A5 sont transmises au circuit 37 par le transformateur d'impulsions 38 dont le primaire est connecté entre les sorties des inverseurs 39 et 40 et qui fournit au secondaire des signaux A6 (figure 19a) du même type que les signaux A5.
Sur la figure 18, le circuit 37 comporte un transistor T5, de type MOS, dont la source est connectée à une extrémité de l'enroulement secondaire du transformateur d'impulsions 38, et un transistor T6, de type MOS, dont la source est connectée à l'autre extrémité de cet enroulement secondaire. On a représenté sur la figure 18 les diodes internes des transistors T5 et T6. Le drain de T5 est connecté par une résistance R5 à l'électrode de commande, ou grille, de T4, tandis que le drain de T6 est connecté directement à la source de T4. Les signaux A de commande de T4 sont appliqués entre la grille et la source de T4. Deux diviseurs de tension, constitués par des résistances R6 et R7 en série, respectivement R8 et R9 en série, sont connectés en parallèle sur l'enroulement secondaire du transformateur 38. Le point commun aux résistances R6 et R7 est connecté à la grille de T5 et le point commun à R8 et R9 est connecté à la grille de T6.
Un circuit de démarrage est prévu pour éviter une mise en conduction parasite du transistor T4 lors de la mise sous tension du circuit de contrôle 32. Sur la figure 18, le circuit de démarrage comporte un transistor T7, de type J-FET, connecté entre les drains des transistors T5 et T6. La grille de T7 est connectée à l'anode d'une diode D2 dont la cathode est connectée à la source de T5. La grille de T7 est, de plus, connectée par une résistance R10, en parallèle sur un condensateur C1, au drain du transistor T6. Une diode D3, de type Transil, est connectée en parallèle sur T4, de manière à limiter la tension grille-source de T4.
Le fonctionnement du circuit 37 de la figure 18 va être explicité plus en détail au regard des figures 19a à 19f sur lesquelles la conduction des transistors T5, T6, T7 et T4 est représentée par un signal positif sur les figures 19b, 19c, 19d et 19f respectivement.
Au démarrage du circuit 32, le transformateur 38 ne fournit aucune impulsion et les signaux A6 (figure 19a) sont à zéro. Les transistors T5 et T6 sont tous deux bloqués et le transistor T7, qui est de type J-FET, c'est à dire normalement conducteur en l'absence de commande, est conducteur (figure 19d). Les signaux A (figure 19e) sont alors à zéro empêchant une mise en conduction parasite du transistor T4.
Lorsqu'une impulsion négative est transmise par le transformateur 38, une tension grille-source positive est appliquée à T5 qui devient conducteur. La diode D2 devient conductrice et le condensateur C1 se charge par la diode interne de T6, D2 et T5, bloquant le transistor T7. Une impulsion négative (figure 19e) est alors appliquée entre la grille et la source du transistor T4, qui reste bloqué.
Entre une impulsion négative et une impulsion positive, le signal A6 reste à zéro, bloquant à la fois T5 et T6. le condensateur C1 se décharge partiellement, exponentiellement, dans la résistance R10. La tension grille-source de T4 tend alors exponentiellement vers zéro.
En fonctionnement normal, une impulsion positive est transmise par le transformateur 38, avant la décharge complète du condensateur C1, maintenant T7 bloqué. L'impulsion positive du signal A6 rend conducteur le transistor T6, appliquant ainsi une impulsion A positive entre la grille et la source de T4 qui devient conducteur.
A l'impulsion négative suivante du signal A6, le condensateur C1 est rechargé et T4 se bloque de nouveau. Si la durée entre une impulsion négative et une impulsion positive est trop grande, le condensateur C1 se décharge complètement et T7 redevient conducteur. Le fonctionnement du circuit 37 est alors le même que dans les conditions d'un démarrage.
La description ci-dessus ne s'applique pas à une commande à accumulation à accrochage. Dans une commande à accumulation à accrochage de type classique, le moteur électrique est utilisé pour armer automatiquement le ou les ressorts, mais n'intervient pas lorsqu'un ordre d'ouverture ou de fermeture est envoyé. Classiquement, un ordre d'ouverture est appliqué directement à une bobine de déclenchement d'ouverture Yo, connectée en série avec CO aux bornes de la tension U3. La fermeture du bouton-poussoir d'ouverture CO applique la tension U3 aux bornes de la bobine Yo qui libère l'accrochage et provoque l'ouverture brusque des contacts de l'appareil. En pratique un contact de position des contacts de l'appareil, s'ouvrant lorsque l'appareil est ouvert, est connecté en série avec la bobine Yo entre les bornes 9, de manière à interrompre l'alimentation de la bobine Yo dès ouverture de l'appareil. Dans les dispositifs connus une bobine de déclenchement de fermeture Yf est, de manière analogue, connectée en série avec le bouton-poussoir de fermeture CF aux bornes de la tension U2.
Le dispositif de commande 5 de la figure 3 peut néanmoins être également utilisé pour une commande de ce type. La figure 20 illustre une telle commande. La bobine de déclenchement d'ouverture Yo est connectée aux bornes 9. Le circuit de commande d'ouverture (19b, 20b, 21b, 22b, 4) du dispositif 5 de la figure 3 n'intervient pas pour la commande de la bobine Yo. Cependant, ce circuit est utilisé pour assurer la priorité d'un ordre d'ouverture sur un ordre de fermeture. Dans ce but, la bobine de déclenchement de fermeture Yf, destinée à déverrouiller le ressort pour fermer l'appareil à la réception d'un ordre de fermeture, est connectée entre l'une des bornes d'entrée 8 et la borne 14, tandis que la borne de sortie additionnelle 13b est connectée à l'autre borne d'entrée 8. Le contact S2 peut prendre deux positions. Dans sa première position, représentée sur la figure 3 et correspondant à sa position d'ouverture dans la description des figures précédentes, le contact S2 connecte les bornes 14 et 13b. Dans sa seconde position il relie les bornes 14 et 13a. Ainsi, lorsque le relais 4 est au repos, la bobine Yf est directement connectée aux bornes 8 et la fermeture du bouton-poussoir CF provoque son excitation et la fermeture de l'appareil. Par contre, en présence d'un ordre d'ouverture, le relais 4 est activé et le contact S2 interrompt la liaison entre les bornes 14 et 13b, donc la connexion de la bobine Yf aux bornes 8 et l'actionnement du bouton-poussoir CF n'a aucun effet. Le dispositif de commande 5 assure ainsi la priorité d'un ordre d'ouverture sur un ordre de fermeture.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 20, le relais 3 est utilisé pour l'armement du ressort. Dans ce cas, la connexion additionnelle 42 (figure 4) n'est pas coupée. Elle court-circuite la partie réceptrice de l'optocoupleur 21a et assure ainsi l'alimentation du relais 3, indépendamment d'un ordre de fermeture, lorsqu'une tension est appliquée sur l'entrée d'alimentation 24a. Le moteur est connecté entre la borne 12 et l'une des bornes 10, tandis que l'autre borne 10 est connectée directement à la borne 11. Ainsi, tant qu'une tension est appliquée à l'entrée d'alimentation 24a, en l'absence de signal I, le relais 3 est activé et le contact S1, fermé, relie les bornes 11 et 12, appliquant la tension U4 aux bornes du moteur. La tension U5 est appliquée à l'entrée d'alimentation 24a par l'intermédiaire de contacts appropriés pour actionner le moteur d'armement. A titre d'exemple, si le moteur doit réarmer automatiquement un ressort après fermeture de l'appareil, la tension U5 peut être appliquée à l'entrée 24a par l'intermédiaire d'un contact de fin de course d'ouverture, qui se ferme à la fermeture de l'appareil, connecté en série avec un contact de fin de course d'armement du ressort, fermé lorsque le ressort n'est pas armé. On obtient ainsi la mise en marche automatique du ressort après fermeture des contacts de l'appareil et son arrêt lorsque le ressort a atteint sa position réarmée. Le circuit d'alimentation moteur 29 peut également être utilisé pour remplacer le moteur par un moteur standard.
Il ressort de la description ci-dessus qu'un dispositif de commande 5 standard peut être utilisé quel que soit le type de commande désiré. Les principaux avantages du circuit, à savoir l'utilisation de relais 3 et 4 standards, indépendants des tensions disponibles, et la priorité d'un ordre d'ouverture sur un ordre de fermeture, se retrouvent dans tous les cas de figure, même si les bobines de déclenchement Yo et Yf de la figure 20 restent adaptées aux tensions d'entrée. De même l'utilisation d'un moteur standard peut être rendue possible grâce à un circuit d'alimentation moteur adapté, comportant un hacheur-série commandé par un circuit de contrôle à modulation de largeur d'impulsion.

Claims (10)

  1. Dispositif électrique de commande d'ouverture et de fermeture d'un interrupteur ou d'un disjoncteur, comportant :
    des moyens de commande comportant des premières (8) et secondes (9) bornes d'entrée et des premier et second relais (3, 4) respectivement connectés aux premières et secondes bornes d'entrée;
    une première source d'alimentation (U2), connectée par des moyens de commande de fermeture (CF) auxdites premières bornes d'entrée (8), et
    une seconde source d'alimentation (U3), connectée par des moyens de commande d'ouverture (C0) auxdites secondes bornes d'entrée (9), pour commander l'actionnement du second relais (4) lors de l'actionnement des moyens de commande d'ouverture (C0), dispositif caractérisé en ce que les moyens de commande comportent :
    des premiers moyens de commande, connectés entre les premières bornes d'entrée (8) et le premier relais (3) et comportant, en série, des premiers moyens de redressement double-alternance (19a), des premiers moyens de régulation de tension (20a), des premiers moyens de couplage optoélectronique (2 la) et des premiers moyens de contrôle (22a), les premiers moyens de contrôle (22a) comportant des moyens (S3a) de mémorisation d'un ordre de commande de fermeture,
    des seconds moyens de commande, connectés entre les secondes bornes d'entrée (9) et le second relais (4) et comportant, en série, des seconds moyens de redressement double-alternance (19b), des seconds moyens de régulation de tension (20b), des seconds moyens de couplage optoélectronique (21b) et des seconds moyens de contrôle (22b), les seconds moyens de contrôle (22b) comportant des moyens (S3b) de mémorisation d'un ordre de commande d'ouverture, les seconds moyens de commande comportant, de plus, des moyens d'inhibition (21c), connectés à une entrée d'inhibition des premiers moyens de contrôle (22a) et produisant un signal d'inhibition (I) lors de l'actionnement des moyens de commande d'ouverture (CO),
    des moyens d'alimentation auxiliaire (23) comportant des troisièmes moyens de redressement double-alternance (25) et des troisièmes moyens de régulation de tension (26) connectés, en série, entre des troisièmes bornes d'entrée (10) connectées à une troisième source d'alimentation (U4) et des bornes de sortie (U5) des moyens d'alimentation auxiliaire, connectés aux premiers et seconds moyens de contrôle (22a, 22b).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur électrique (1) et des moyens d'alimentation du moteur comportant des premiers moyens d'interruption connectés en série avec le moteur (1) aux bornes d'une quatrième source d'alimentation (U1), les premiers moyens d'interruption comportant des premières et secondes branches connectées en parallèle, la première branche comportant, en série, un interrupteur de fin de course de fermeture (Ff2) et un premier contact (S1), normalement ouvert, commandé par le premier relais (3), la seconde branche comportant, en série, un interrupteur de fin de course d'ouverture (Fo2) et un second contact (S2), normalement ouvert, commandé par le second relais (4).
  3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande comportent des premières et secondes branches connectées en parallèle, la première branche comportant, en série, un interrupteur de fin de course de fermeture (Ff2) et un premier contact (S1), normalement ouvert, commandé par le premier relais (3), la seconde branche comportant, en série, un interrupteur de fin de course d'ouverture (Fo2) et un second contact (S2), normalement ouvert, commandé par le second relais (4), les premières et secondes branches étant connectées en série avec un troisième relais (28) aux bornes de sortie (U5) des moyens d'alimentation auxiliaire (23).
  4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une bobine de déclenchement d'ouverture (Yo) connectée aux secondes bornes d'entrée (9) et une bobine de déclenchement de fermeture (Yf) connectée aux premières bornes d'entrée (8) en série avec un contact additionnel (S2, 13b, 14), normalement fermé, commandé par le second relais (4).
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur électrique d'armement d'au moins un ressort connecté aux bornes d'un premier contact (S1), normalement ouvert, commandé par le premier relais (3), des moyens de connexion (42) court-circuitant la sortie des premiers moyens de couplage optoélectronique (21a) et connectant une entrée de commande des premiers moyens de contrôle (22a) à la sortie (U5) des moyens d'alimentation auxiliaire (23) pour commander l'actionnement du premier relais (3) et l'alimentation du moteur.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens d'inhibition comportent des troisièmes moyens de couplage optoélectronique (21c) connectés en série avec les seconds moyens de couplage optoélectronique (21b) à la sortie des seconds moyens de régulation de tension (20b).
  7. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 6, caractérisé en ce que :
    les premiers moyens de contrôle (22a) comportent un premier interrupteur statique (T2) connecté en série avec le premier relais (3) et un autre interrupteur de fin de course de fermeture (Ff1) aux bornes de sortie (U5) des moyens d'alimentation auxiliaire (23), un premier contact auxiliaire (S3a), normalement ouvert et commandé par le premier relais (3), étant connecté en parallèle sur le premier interrupteur statique (T2), le premier interrupteur statique (T2) comportant une électrode de commande connectée aux premiers moyens de couplage optoélectronique (2 1a) et aux moyens d'inhibition (I), et
    les seconds moyens de contrôle (22b) comportent un second interrupteur statique (T2) connecté en série avec le second relais (4) et un autre interrupteur de fin de course d'ouverture (Fo1) aux bornes de sortie (U5) des moyens d'alimentation auxiliaire (23), un second contact auxiliaire (S3b), normalement ouvert et commandé par le second relais (4), étant connecté en parallèle sur le second interrupteur statique (T2) qui comporte une électrode de commande connectée aux seconds moyens de couplage optoélectronique (21b).
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1,3,4 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur électrique (1) et des moyens d'alimentation du moteur comportant un circuit d'alimentation (29) ayant des bornes de sortie (17, 18) connectées au moteur (1), et des bornes d'entrée connectées à une quatrième source d'alimentation (U1), ledit circuit d'alimentation (29) comportant, en série, des quatrième moyens de redressement double-alternance (31) et un circuit hacheur-série.
  9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit hacheur-série comporte :
    un troisième interrupteur statique (T4), connecté entre une borne de sortie des quatrièmes moyens redresseurs (31) et une borne de sortie (17) du circuit d'alimentation (29),
    des moyens (33) de mesure de la tension aux bornes du moteur (1),
    un circuit (32) de contrôle, à modulation de largeur d'impulsion, ayant une première entrée (48), connectée à une sortie des moyens (33) de mesure de la tension aux bornes du moteur, et une sortie (A) connectée à une électrode de commande du troisième interrupteur statique (T4).
  10. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le circuit hacheur série comporte des moyens (R4) de mesure du courant moteur, le circuit de contrôle (32) du circuit hacheur-série ayant une seconde entrée (U9) connectée à la sortie des moyens (R4) de mesure du courant moteur et fournissant en sortie (A) des impulsions de durée prédéterminée, minimum, lorsque le courant moteur est supérieur à un seuil prédéterminé.
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