FR2504747A1 - Dispositif de protection de charge a semi-conducteurs avec une detection de rupture de phase - Google Patents

Abstract

LE DISPOSITIF SELON L'INVENTION COMPORTE ESSENTIELLEMENT UN CAPTEUR 14 DESTINE A DETECTER UN COURANT DANS UN CIRCUIT ELECTRIQUE, UN DISPOSITIF 28 DE DETECTION DE RUPTURE DE PHASE PRODUISANT UN SIGNAL DE DECLENCHEMENT QUAND LA RUPTURE DE PHASE PERSISTE PENDANT UNE PERIODE PREDETERMINEE ET UN DISPOSITIF DE DECLENCHEMENT 38 COMMANDE PAR LE SIGNAL DE DECLENCHEMENT.

Description

È 5 o 4 ? 47

DISPOSITIF DE PROTECTION DE CHARGE A SEMI-CONDUCTEURS

AVEC UNE DETECTION DE RUPTURE DE PHASE.

La présente invention se rapporte-d'une façon

générale aux dispositifs de protection de charge à semi-

conducteurs, et concerne plus particulièrement un dis-

positif de détection de rupture de phase destiné à dé-

tecter une rupture de phase dans un circuit en courant alternatif polyphasé afin d'entraîner l'émission d'un

signal de déclenchement pour désalimenter la charge.

Il est connu que certains dispositifs de protec-

tion de charge remplissent diverses fonctions de protec-

tion, comme la détection de surintensités, de ruptures de phase et de dérangements à la terre Ces fonctions introduisent généralement un temps de déclenchement pour un disjoncteur et la charge associée, ce temps de déclenchement étant une fonction inverse du carré de

l'intensité du courant qui circule dans la charge à pro-

téger Autrement dit, une relation de temps inverse est généralement appliquée, l'instant auquel une faute est

détectée et l'instant de la disjonction étant en rela-

tion inverse de sorte qu'il résulte d'une forte surin-

tensité, une très courte période pour le déclenchement

du dispositif tandis qu'une faute de surintensité rela-

tivement réduite conduit à une période relativement longue avant le déclenchement Des types de dispositifs qui fonctionnent de cette manière sont décrits dans les Brevets des Etats Unis d'Amérique No 4 021 703, 3 996 499, 3 818 275 et 3 602 783 Mais ces Brevets ne décrivent généralement pas la détection de ruptures de phase

comme une partie intégrante d'un dispositif de protec-

tion, imposant l'utilisation de circuits ou modules sup-

plémentaires.

Il est souhaitable de disposer d'un dispositif

de détection de rupture de phase qui fasse partie inté-

grante d'un dispositif de protection de charge Il est

2504747.

également souhaitable de disposer d'un dispositif de détection de rupture de phase qui fonctionne lorsqu' une charge est alimentée à moins de 100 pour cent de

sa capacité, ainsi qu'à 100 pour cent ou légèrement au-

dessus de sa capacité nominale.

Sous sa forme la plus large, l'invention con-

cerne donc un dispositif de protection contre les rup-

tures de phase pour une charge en courant alternatif polyphasé, ce dispositif comprenant un dispositif de détection destiné à détecter un courant qui circule dans un circuit électrique, ce dispositif de détection

produisant un signal de sortie qui est fonction du cou-

rant qui circule, un dispositif de détection de rupture

de phase connecté audit dispositif de détection pour dé-

tecter une rupture de phase, et produisant un signal de déclenchement quand cette rupture de phase persiste pendant une période prédéterminée, et un dispositif de

déclenchement de commande de circuit connecté au dispo-

sitif de détection de rupture de phase et au circuit électrique, pour ouvrir ce circuit électrique lorsque

le signal de déclenchement est produit.

Dans un mode de réalisation qui sera décrit

ci-après, un dispositif de protection de charge à semi-

conducteurs est utilisé pour détecter une rupture de phase Un capteur est utilisé pour détecter le courant

qui circule dans un circuit électrique Ce capteur dé-

livre un signal de sortie qui est fonction du courant

qui circule dans le circuit électrique Un premier dis-

positif d'emmagasinage en série avec un premier élément

résistif est connecté à la sortie du capteur pour pro-

*duire un niveau de tension qui est fonction du signal de sortie Un second dispositif d'emmagasinage en série avec un second élément résistif est connecté à la sortie pour produire un niveau de tension qui est fonction du signal de sortie du capteur Un dispositif de détection de rupture de phase est connecté au premier dispositif d'emmagasinage et au second dispositif d'emmagasinage

pour détecter si le niveau de tension du premier dis-

positif d'emmagasinage qui, dans des conditions nor-

males de fonctionnement, est inférieur au ni-veau de tension du second dispositif d'emmagasinage, devient supérieur au niveau de tension du second dispositif

d'emmagasinage, indiquant ainsi une condition de rup-

ture de phase et produisant le signal de déclenchement.

Un dispositif de déclenchement de commande de circuit est connecté au dispositif de détection de rupture de phase et au circuit électrique pour ouvrir ce dernier

lorsque le signal de déclenchement est produit.

D'autres caractéristiques et avantages de

l'invention apparaîtront au cours de la description qui

va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La Figure 1 est un schéma d'un dispositif de protection de charge à semi-conducteurs selon un mode de réalisation de l'invention, comprenant une partie du dispositif ou circuit électrique extérieur,

la Figure 1 A est un schéma du circuit de dé-

tection de dérangements à la terre, la Figure 2 est une représentation triphasée d'un contacteur comprenant le dispositif de protection de charge à semi-conducteurs, la Figure 3 est un schéma fonctionnel d'un dispositif de protection de charge à semi-conducteurs,

montrant les circuits de signaux pour différentes con-

ditions de dérangement, la Figure 4 est une représentation graphique du pourcentage de surintensité en fonction du temps, nécessaire pour provoquer la disjonction du dispositif ou circuit électrique, et

la Figure 5 est une représentation d'inter-

connexion physique de l'appareil des Figures 1,1 A

et 2.

Les Figures, et plus particulièrement la Figure 2, représentent un dispositif 12 de protection de circuit Le dispositif de protection de circuit 12 comporte, dans ce mode de réalisation de l'invention, une ligne triphasée comprenant des conducteurs ou lignes Ll, L 2 et L 3 qui sont connectés sur la droite à une charge triphasée, et sur la gauche à une source triphasée de courant électrique Entre la charge et la source de courant électrique se trouve un capteur decourant 14 et, connecté en série, un disjoncteur ou contacteur de moteur 16 Dans le mode de réalisation de la Figure 2, un seul courant IL est représenté, circulant dans la ligne Ll Il est bien entendu que

d'autres courants peuvent circuler, et circulent habi-

tuellement dans les autres lignes L 2 et L 3 et ces

autres courants peuvent être fonction du courant IL.

Le choix du courant IL est simplement fait dans le

but de simplifier la représentation.

Le capteur de courant 14 comporte deux bor-

nes de sortie qui sont désignées par 18 et 20 Un -

module 22 de résistance de charge est représenté,

connecté aux bornes 18 et 20 Le module 22 de résis-

tance de charge consiste en un élément résistif qui peut être connecté aux bornes 18 et 20 pour convertir le courant IL en une tension V pouvant être utilisée par un autre dispositif de protection de circuit dans l'appareil de la Figure 2 Le module 22 de résistance

de charge peut être connecté en parallèle avec un mo-

dule 24 de dérangement à la terre, un circuit logique 26 de temps inverse, un circuit de détection 28 de rupture de phase et un module accessoire 30, pouvant comprendre des éléments tels qu'un panneau de contrôle, un indicateur d'état de surcharge ou des modules de longue accélération, qui sont décrits plus en détail dans le Brevet des Etats Unis d'Amérique NO 3 996 499 précité Les autres éléments peuvent être connectés par exemple aux bornes 32 et 34 Il est bien entendu que les modules 24 et 30 peuvent être supprimés ou remplacés et que d'autres modules pouvent être ajoutés pourvu que la relation de connexions en pralllèle

avec le module 22 de résistance de charge soit mainte-

nue Chacun des circuits 24, 26, 28 et 30 déjà men- tionné, par exemple, comporte une borne de sortie pouvant être connectée à une ligne 36 qui, à son tour,

est connectée à un commutateur de sortie -38 qui con-

trôle la ligne 40 qui, à son tour, est connectée au

disjoncteur ou contacteur de moteur 16 déjà mentionné.

Dans le présent mode de réalisation de l'invention,

la tension Vaux bornes de sortie 18 et 20 est pro-

portionnelle au courant IL Si l'augmentation antici-

pée du courant IL devient suffisamment grande, une ré-

sistance de charge différente peut être disposée entre

les bornes 18 et 20 pour que la tension entre ces bor-

nes soit approximativement la même, même si le courant IL est nettement plus intense La même compensation

par substitution d'une résistance appropriée peut s'ap-

pliquer si la plage de courant nominal est nettement inférieure Cela veut dire que les éléments 24 à 30 n'ont pas à être changés, car ils ne sont sensibles qu'à la tension V Cela veut dire également qu'il n'y

-a pas lieu de changer le commutateur de sortie 38.

Par conséquent, la valeur de la résistance de charge 22 est modifiée pour que la tension V entre les bornes 18 et 20 soit à peu près la même, indépendamment des caractéristiques de courant de la charge, quand cette dernière fonctionne à l'intensité nominale de 100 pour cent Le circuit logique 26 de temps inverse remplit la fonction I 2 T bien connue dans cette technique En résumé, le circuit logique 26 de temps inverse délivre un signal de sortie à une période qui varie en fonction de la vraleur de la tension V apparaissant à

son entrée.

La Figure 5 est un dessin d'interconnexion physique pour l'appareil représenté sur les Figures 1, 1 A et 2 Elle représente le boîtier 58 du dispositif de protection qui enferme les circuits électroniques représentés sur la Figure 1, à l'exception du disjonc-

teur ou de l'appareil contacteur de moteur 16, la char-

ge M et le module de résistance de charge 22 L'alimen-

tation du circuit est appliquée aux bornes A et B en haut du boîtier 58, à côté desquelles se trouvent

le bouton de mise au repos et l'indicateur de déclenche-

ment LED 2 Les contacts pour le relais RE 1 sont égale-

ment en haut du boîtier 58 Les conducteurs de ligne

Ll, L 2 et L 3 passent par des transformateurs d'inten-

sité qui se trouvent dans le boîtier 58, permettant au dispositif de protection de charge d'être intercalé en série dans le circuit électrique Des modules 60, tels que celui représenté sur la Figure 5, comportant des broches de module 62 sont réalisés de manière à correspondre aux bornes 66 de branchement du dispositif

de protection Les bornes de branchement 66 du disposi-

tif de protection sont disposées de manière à permettre

l'introduction du module 60, d'une seule façon possible.

Ces bornes de branchement 66 du dispositif de protection

sont utilisées par les modules 60 pour remplir des fonc-

tions sur le dispositif de protection de circuit A l'arrière des modules 60 se trouvent des broches 64 de traversée de module qui permettent que d'autres modules

similaires 60 soient "jumelés" permettant ainsi d'uti-

liser plusieurs modules 60 Les bornes de branchement 66 du dispositif de protection sont disposées d'une manière redondante, à l'exception de la borne GF de dérangement à la terre, permettant ainsi que les modules 60 soient introduits dans la position de gauche ou de droite des

bornes de branchement 66 du dispositif de protection.

Le boîtier 58 du dispositif de protection peut être

monté en utilisant les supports de montage 68, sur n'im-

porte quelle surface appropriée, pouvant ainsi se trou-

ver en toute proximité de l'équipement à protéger.

En ce qui concerne la réalisation du dispositif

de protection, la Figure 1 représente un mode de réali-

sation de l'invention destiné à une ligne triphasée, avec une source triphasée, pour commander un moteur M qui consiste en une charge triphasée Dans ce mode de réalisation de l'invention, les éléments électriques et électroniques constituant le capteur de courant 14, le module 22 de résistance de charge, le circuit logique

de temps inverse, la sortie 52, l'appareil 16 de con-

tacteur de moteur, le circuit logique 28 de rupture de phase, la source d'alimentation 54 et le circuit d'essai 56 sont représentés sous une forme schématique Dans ce

cas, un courant IL qui circule dans la ligne Ll est dé-

tecté par un transformateur d'intensité CT 1 dans le cap-

teur de courant 14 La résistance R 2 en série avec le

potentiomètre Pl représenté dans le module 22 de résis-

tance de charge constitue ce module 22 déjà décrit, aux bornes duquel apparait la tension de sortie V Il faut noter que le potentiomètre Pl peut être une résistance

fixe si un étalonnage spécifique de charge est connu.

D'une manière similaire, dans les lignes L 2 et L 3 le

courant IL circule par le capteur de courant 14, compre-

nant des transformateurs d'intensité CT 2 et CT 3 en pro-

duisant une tension aux bornes du module 22 de résistance de charge Le courant induit dans les transformateurs d'intensité CT 1, CT 2 et CT 3 est redressé dans un circuit en pont triphasé constitué par des diodes Dl, D 2, D 3, D 4, D 5 et D 6 Une varistance Vi est connectée à la sortie

du circuit en pont triphasé.

Les branches neutres du transformateur d'intensité

CT 1, CT 2, CT 3 sont connectées à une extrémité d'une ré-

sistance Ri et à une borne GF de dérangement à la terre.

L'autre extrémité de la résistance RI est connectée entre la résistance R 2 et le potentiomètre Pi La sortie du capteur de courant 14 produit essentiellement une tension unidirectionnelle telle que la connexion à la résistance

R 2 est appelée une borne positive 42 tandis que la con-

nexion au potentiomètre Pl est appelée une borne négative 44, correspondant respectivement aux bornes de sortie 18 et 20 du capteur de courant 14 Il faut remarquer

que la borne négative 44 et la masse du circuit (appe-

lée la terre) sont au même potentiel La borne posi-

tive 42 est connectée à la cathode de la diode D 7, à une extrémité des résistances R 4, R 9 et R 14 et aux anodes des dipdes D 9 et D 10 La borne négative 44 est connectée à une armature des condensateurs C 1,C 5 et C 6

ainsi qu'à l'anode d'une diode Zener ZD 6, à une arma-

ture du condensateur C 8, aux entrées d'alimentation négative de l'amplificateur opérationnel OA 1, Pt au

comparateur MC 7, ainsi qu'à une extrémité des résistan-

ces R 32 et R 36 et enfin, aux émetteurs des transistors T 1 et T 2 L'anode de la diode D 7 est connectée à l'autre

armature du condensateur Cl ainsi qu'à l'autre extré-

mité de la résistance R 4 L'anode de la diode D 7 est -également connectée à la cathode de la diode Zener ZD 1, à une extrémité de la résistance R 12 et à la borne de signaux d'entrée négative du comparateur RC 4 L'autre extrémité de la résistance R 9 est connectée au curseur et à une borne du potentiomètre P 2, à une armature du condensateur C 2, à l'anode de la diode Zener ZD 1, à la borne de signaux d'entrée positive des comparateurs MC 4 et MC 3 ainsi qu'à l'anode de la diode D 8 La cathode D 8 est connectée à la borne de signaux d'entrée négative du comparateur MC 4, à l'autre extrémité de la résistance R 12 et à une extrémité des résistances R 25 et R 27, à

l'anode de la diode D 14 et à la cathode de la diode D 13.

L'autre armature du condensateur C 2 est connectée à

l'autre borne du potentiomètre P 2 et à la masse électri-

que La cathode de la diode D 9 est connectée à une ex-

trémité de la résistance R 17 La cathode de la diode D 10 est-connectée à la cathode de la diode Zener ZD 3

et à une extrémité de la résistance R 24 L'autre extré-

mité de la résistance R 17 est connectée à une extrémité de la résistance R 15, à une extrémité de la résistance R 21 et à la borne de signaux de sortie du comparateur

MC 4 L'autre extrémité de la résistance R 14 est connec-

tée à l'autre extrémité des résistances R 15 et R 25,

à une extrémité de la résistance R 16 et du condensa-

teur C 9, aux entrées d'alimentation positive de l'am-

plificateur opérationnel OA 1 et du comparateur MC 7, à une extrémité d'un contact de repos SW 1, à une extré-

mité de la résistance R 30 et au contact de mode auto-

matique du çommutateur 51, et enfin aux cathodes des diodes Zener ZD 9 et ZD 10 qui font partie du circuit

en pont d'alimentation 46 L'autre extrémité de la ré-

sistance R 16 est connectée à la borne de signaux de sortie du comparateur MC 3, à l'anode de la diode Dll et à une extrémité de la résistance R 20 La cathode de la diode Dll et l'autre extrémité de la résistance R 20 sont connectées à la cathode de la diode D 12 et à la cathode de la diode Zener ZD 4 L'anode de la diode D 12 est connectée à une extrémité de la résistance R 22 à l'autre extrémité de la résistance R 22, à la borne d'entrée négative de l'amplificateur opérationnel OA 1 et à l'autre armature du condensateur C 6 L'anode de la diode D 13 est connectée à l'autre extrémité de la résistance R 21 et du condensateur C 5 ainsi qu'àla borne de signaux d'entrée négative du comparateur MC 8 La borne de signaux d'entrée négative du comparateur MC 8

est connectée à la borne de déclenchement (T) La ca-

thode de la diode D 14 est connectée à la cathode de la diode Zener ZD 6 et à la borne de signaux d'entrée négative du comparateur MC 7 L'anode de la diode Zener ZD 3 est connectée à l'autre extrémité de la résistance R 22. Une bande de garde entoure les connexions o

se rencontrent les résistances R 22 et R 24, le conden-

sateur C 6, la borne de signaux d'entrée négative de l'amplificateur opérationnel OA 1 et l'anode de la diode D 12 La bande de garde est d'une bande conductrice de l'électricité entourant les connexions précitées sur les deux faces d'une carte de circuits imprimés qui est le mode préféré de réalisation, cette bande de garde étant

connectée électriquement à la cathode de la diode D 13.

La fonction de la bande de garde est d'entourer les

circuits de signaux critiques qui peuvent être affec-

tés par des impédances de carte pouvant intervenir sur

le fonctionnement du circuit Ces impédances sont pro-

duites par des choses telles que la construction de la carte, sa propreté, et l'humidité L'utilisation d'une

bande de garde réduit au minimum la possibilité d'im-

pédances de cartes entre la masse ou les tensions d'ali-

mentation, provoquant de faux signaux dans les circuits.

La Figure 1 A représente le circuit 24 de déran-

gements à la terre destiné à etre interconnecté avec les circuits de la Figure 1 Les interconnexions se font

par les bornes GF, -, +, T et K du circuit 24 de déran-

gements à la terre avec les bornes GF, -, +, T et K

du schéma de la Fig 1.

La borne GF du circuit 24 de dérangements à la terre est connectée à une extrémité de la résistance

R 8 dont l'autre extrémité est connectée aux bornes d'en-

trée de signaux positive et négative des comparateurs MC 1 et MC 2 respectivement La borne négative (-) est

connectée à une extrémité de la résistance R 5, à l'ano-

de de la diode Zener ZD 2, à une armature des condensa-

teurs C 4 et C 7, à l'entrée d'alimentation négative du comparateur MC 6, à une extrémité de la résistance R 26 et à la cathode d'un redresseur commandé au silicium

S Cl La borne positive (+) est connectée à une extrémi-

té des résistances R 7 et R 19 La borne de déclenchement

(T) est connectée à la cathode de la diode D 15.

L'autre extrémité de la résistance R 5 est con-

nectée à la borne d'entrée de signaux négative du com-

parateur MC 1 et à une borne de la résistance R 6 L'autre extrémité de la résistance R 6 est connectée à une borne du potentiomètre P 3 dont l'autre borne est connectée à

son curseur, à l'entrée de signaux positive du compara-

teur MC 2 et à l'autre borne de la résistance R 7 La bor-

ne de signaux de sortie du comparateur MC 1 est connectée à la borne de signaux de sortie du comparateur MC 2 et

à une extrémité des résistances RO 10 et RI 1 L'autre ex-

trémité de la résistance R 10 est connectée à la borne d'entrée de signaux négative du comparateur MC 5 et à une armature du oondensateur C 3 dont l'autre armature est à la masse L'autre borne de la résistance Ril est connectée à une extrémité de la résistance R 13, à la

borne d'entrée d'alimentation positive de MC 6, à une ex-

trémité de la résistance R 23, à l'anode de la diode

électroluminescente LED 1, puis à la borne K L'autre ex-

trémité de ia résistance R 13 est connectée à la borne d'entrée de signaux positive du comparateur MC 5, à la borne d'entrée de signaux négative du comparateur MC 6 et à la cathode de la diode Zener ZD 2 L'autre borne

de la résistance R 19 est connectée à la borne de sig-

naux de sortie du comparateur MC 5 et à une extrémité de la résistance R 18 L'autre borne de R 18 est connectée à la borne d'entrée de signaux positive du comparateur MC 6 et à l'autre armature de C 4 La borne de signux de sortie du comparateur MC 6 est connectée à l'anode de

la diode D 15 et à la cathode de la diode Zener ZD 5 ain-

si qu'à l'autre borne de R 23 L'anode de la diode Zener ZD 5 est connectée à l'autre borne de C 7, R 26, puis à la grille du redresseur commandé au silicium SC 1 La borne positive de S Cl est connectée à une extrémité de la résistance R 28 dont l'autre extrémité est connectée

à la cathode de la diode électroluminescente LED 1.

Pour en revenir à la Figure 1, l'autre borne du condensateur C 8 est connectée à l'entrée de signaux positive de l'amplificateur opérationnel O Al, à l'autre

borne de la résistance R 27 et à une borne de la résis-

tance R 29 La borne de sortie de l'amplificateur opéra-

tionnel OA 1 est connectée à l'entrée de signaux positive du comparateur MC 7 La borne de sortie du comparateur MC 7 est connectée à l'autre borne de la résistance R 29 et à la cathode de la diode D:16 L'entrée de signaux positive du comparateur MC 8 est connectée aux anodes

des diodes D 16 et D 17 et de là à une borne de la résis-

tance R 31 L'autre borne de la résistance R 31 est con-

nectée au contact central du commutateur SI La borne de signaux de sortie du comparateur MC 8 est connectée à la cathode de la diode 17 et à la cathode de la diode Zener ZD 7 L'anode de la diode Zener ZD 7 est connectée à l'autre borne de R 32 et à la base d'un transistor NPN T 2 L'autre borne de la résistance R 36 est connectée à

la base d'un transistor NPN Tl, à une armature du con-

densateur Ci I et à l'anode de la diode Zener ZDI 1 Le

collecteur du transistor Tl est connecté à l'autre arma-

ture du condensateur Cli, à l'anode de la diode Zener ZD 8 et à la cathode de la diode électroluminescente LED 2 L'anode de la diode électroluminescente LED 2 et la cathode de la diode Zener ZD 8 sont connectées à l'autre borne de la résistance R 30 et au oontact "manuel" du commutateur de connexion SI La cathode de la diode Zener ZD 11 est connectée à l'anode de la diode D 20 et à une borne de la résistance R 35 L'autre borne de la résistance R 35 est connectée à la borne K La cathode

de la diode D 20 est connectée au collecteur du transis-

tor T 2, à l'anode de la diode D 21 et à une borne de la résistance R 3 L'autre borne de la résistance R 3 est connectée à l'une des bornes d'enroulement du relais

RE 1 L'autre borne d'enroulement du relais REI est con-

nectée à la cathode de la diode D 21, à l'autre contact d'un commutateur à retour SW 1 et de là à la borne K. L'autre armature du condensateur C 9 est connectée à la masse et également à la borne négative du circuit 46

en pont d'alimentation L'une des bornes d'entrée al-

ternative du circuit 46 en pont d'alimentation est con-

nectée à une borne de la résistance R 34 dont l'autre

borne est connectée à la borne B L'autre borne d'en-

trée alternative du circuit 46 en pont d'alimentation est connectée à une borne de la résistance R 33 et du condensateur Cl O, les autres bornes du condensateur C 10 et de la résistance R 33 étant connectées ensemble et à la borne A. Les contacts du relais RE 1, (voir Figure 1) sont un jeu de contacts-unipolaires de travail dont une borne est connectée à une borne d'enroulement de l'appareil 16 de contacteur de moteur, l'autre borne d'enroulement étant connectée à une borne d'une source de tension Vs L'autre borne de la source de tension VS est connectée à l'autre borne des contacts du re lais RE 1 Les contacts qui se trouvent dans l'appareil 16 de contacteur de moteur, désignés par 16 A, 16 Bet 16 C sont des contacts de travail et sont connectés en série avec les conducteurs L 1, L 2 et L 3 respectivement Il

est bien entendu que l'appareil 16 de contacteur de mo-

teur peut utiliser un appareil de démarrage de moteur standard comportant des boutons de démarrage et d'arrêt

pour contrôler la charge.

Dass le mode préféré de réalisation de l'in-

vention, les comparateurs MC 3, MC 4, YC 7 et MC 8 font

partie d'un boitier de circuit intégré et par consé-

quent, bien que chacun des quatre comparateurs ait be-

soin d'un signal d'entrée, seule une source d'alimenta-

tion est nécessaire (voir tableau I).

En raison de la modularité de l'invention,

différents points de connexion sont prévus pour permet-

tre d'utiliser différents modules Par conséquent, pour

faciliter le remplacement possible du module 22 de ré-

sistance de charge, une borne positive 42 et une borne

négative 44 sont prévues, comme déjà décrits, et équi-

valent aux bornes 18 et 20 de la Fig 2 De plus, une

borne de déclenchement désignée par "T" permet d'injec-

ter un signal de déclenchement pour que le dispositif

* de protection déconnecte la charge de la source Egale-

ment une borne GF de dérangement à la terre est prévue W à laquelle sont connectées les branches neutres du transformateur d'intensité CT 1, CT 2, CT 3 De meme, une borne d'alimentation K délivre l'alimentation à tous

les circuits qui peuvent être nécessaires dans un module.

En ce qui concerne maintenant le fonctionne-

ment du dispositif de protection, la Figure 3 illustre les fonctions essentielles de l'invention subdivisées en éléments de réalisation Ces éléments sont basés sur des circuits au niveau des composants et illustrent

les circuits principaux de circulation de signaux.

En résumé, une source d'alimentation 54 est utilisée pour alimenter la plupart des éléments du dispositif selon l'invention La source d'alimentation utilise une tension de oommande ou d'entrée F 5 qui

peut être par exemple 115 et 230 Volts à 50 ou â 60 Hz.

La tension est réduite ou abaissée à une tension F 6 utilisable etredressée en une tension continue F 7 qui

est alors délivrée aux différentes éléments des fonc-

tions d'essai 56, de surintensité et de temporisation

, de rupture de phase 28 et de détection de dérange-

ments à la terre 24 De plus, des tensions de référence F 9 sont produites à partir de la source d'alimentation continue, ainsi qu'un circuit de mise au repos destiné

à la fonction de sortie.

Une fonction 14 de détection de courant est utilisée pour détecter l'intensité du courant prélevé par la charge Le circuit FI de détection de courant délivre une sortie alternative qui est ensuite redressée en une tension continue F 2, et convertie en un signal de tension P 3 par une source de courant Par conséquent, la tension produite par la fonction 14 de détection de courant est proportionnelle à l'intensité du courant prélevé par la charge La tension est utilisée par la fonction 50 de surintensité et de temporisation, la fonction 24 de détection de dérangements à la terre et

la fonction 28 de rupture de phase, car le courant uti-

lisé par la charge donne une indication de surintensité,

de rupture de phase et de dérangements à la masse fa-

ciles à utiliser.

Le circuit logique 50 de surintensité et de

temporisation remplit de nombreuses fonctions L'inten-

sité du courant utilisé par la charge est détectée sous la forme F 10, et produit donc une indication de

surintensité La sortie du circuit de détection de cou-

rant varie avec l'intensité du courant prélevé par la charge, de sorte que dans le cas d' une condition de

surintensité, elle déclenche un commutateur F 12 de tem-

2 s C 4747 porisation de surintensité Si l'intensité du courant dans la charge dépasse une valeur prédéterminée pendant

une période prédéterminée, un commutateur de déclenche-

ment F 14 est excité De plus, si la charge produit un fort appel de courant, la temporisation de surintensité F 13 démarre automatiquement D'une façon similaire, dans des conditions Fll de démarrage à chaud, lorsque

la charge est chaude, soit par son fonctionnement con-

tinu, soit par une surchauffe précédente, l'intensité du courant de charge de démarrage est contrôlée, de sorte que la temporisation de surintensité F 13 peut provoquer le déclenchement du commutateur de déclenchement F 14 si, comme cela a déjà été indiqué, le courant dans la charge dépasse une intensité prédéterminée, mais pendant

une plus courte période prédéterminée.

Le circuit d'essaisur place 56 permet au courant continu d'alimentation F 7 d'alimenter le commutateur F 12

de temporisation de surintensité du circuit de surinten-

sité et de temporisation 50, déclenchant ainsi le commu-

tateur de déclenchement F 14 en simulant une condition de dérangement permettant le contrôle F 4 du dispositif de

protection à semi-conducteurs selon l'invention.

Le circuit 24 de détection de dérangement à la terre utilise la tension F 3 produite par le circuit

14 de détection de courant pour déterminer si une condi-

tion de dérangement à la terre F 19 existe, provoquant

ainsi l' initialisation de la temporisation F 20 de déran-

gement à la terre Après la détection d'un dérangement à la terre dépassant un niveau prédéterminé pendant une période prédéterminée, le déclenchement du module est provoqué, mettant-ainsi sous tension un - indicateur F 22

de dérangement à la terre.

Le circuit 28 de rupture de phase contrôle la

tension produite par le circuit 14 de détection de cou-

rant A la détection d'une faute de rupture de phase F 15, un commutateur F 16 de temporisation de rupture de phase

est déclenché, de sorte que le commutateur supplémentai-

re de déclenchement F 18 fonctionne après une période pré-

2.3 4747

déterminée F 17.

Le circuit de sortie 52 contrôle l'état du

commutateur F 14 de déclenchement de base faisant par-

tie du circuit logique 50 de surintensité et de tempo-

risation, ainsi que la sortie du commutateur de déclen- chement supplémentaire F 18 faisant partie du circuit 28

de rupture de phase A la détection d'un signal de dé-

clenchement, le transistor F 25 de commande de relais désexcite un relais de commande F 26 qui, à son tour, commande un contacteur F 25 qui déconnecte la source d'alimentation de la charge De plus, le circuit F 25

de transistor de commande de relais provoque la produc-

tion d'une indication F 24, ainsi qu'un "verrouillage" F 23 en condition de sortie, de sorte que le relais de commande maintient le contact ouvert jusqu'à ce qu'un

signal F 8 de mise au repos soit reçu.

Une description détaillée des circuits sera

maintenant faite En ce qui concerne la source d'alimen-

tation 54, la Figure 1 montre que ce circuit 54 est des-

tiné à fonctionner continuellement à partir d'une source de tension qui est connectée aux bornes d'alimentation "A" et "B" et qui peut Ctre, comme cela a été indiqué, /130 Volts, sous 50/60 Hz en fonction de la valeur des composants choisis L' abaissement de la tension

d'entrée disponible est effectué en utilisant un conden-

sateur C 10 comme un composant de chute de tension La résistance R 33 est dimensionnée de manière à présenter un circuit de décharge au condensateur C 10 tandis que la résistance R 34 est utilisée comme un limiteur de 3 Q courant Le circuit 46 de pont d'alimentation utilisant les diodes D 18, D 19, ZD 9 et ZD 10 convertit la tension

d'entrée alternative des bornes "A" et "B" en une ten-

sion continue Les deux diodes 7 Zener ZD 9 et ZD 10 limi-

tent la tension continue maximale L'ondulation alter-

native est réduite par un condensateur de filtrage C 9; La tension d'alimentation VK alimente directement les comparateurs de système MC 1, MC 2, MC 3, MC 4, MC 5, MC 6, MC 7 et MC 8 ainsi que l'amplificateur opérationnel OA-1 Il faut noter que les comparateurs MC 1 et MC 8

font partie de circuits intégrés (IC) qui, comme l'in-

dique le tableau I, comportent quatre comparateurs par circuit intégré.

Dans le présent mode de réalisation, lées com-

parateurs MC 1 àMC 8 sont polarisés de manière que si la tension à la borne de signaux d'entrée positive est supérieure à la-tension à la borne de signaux d'entrée

négative, la borne de sortie présente une haute impé-

dance, et se trouve par conséquent essentiellement dé-

connectée du reste du circuit tandis que si la tension à la borne de signaux d'entré e négative est supérieure à la tension à la borne d'entrée de signaux positive, la sortie du comparateur est électroniquement connectée à l'entrée d'alimentation négative du circuit intégré associé, se trouvant donc à la masse comme l'indiquent les schémas des Figures 1 et 1 A.

Tableau I

Circuit ntirci Désignation Fonction Intégré g IC-2 MC 1 Comparateur de détection de dérangements à la terre IC-2 MC 2 Comparateur de détection de dérangements à la terre IC-1 MC 3 Comparateur de commutateur

de temporisation de sur-

intensité IC-1 MC 4 Comparateur de commutateur

de temporisation de rup-

ture de phase

IC-2 MC 5 Comparateur de temporisa-

tion de dérangements à la terre

IC-2 MC 6 Comparateur de temporisa-

tion de dérangements à la terre

IC-1 MC 7 Comparateur de déclenche-

ment par surintensité IC-1 MC 8 Comparateur de commutateur

de déclenchement supplé-

mentaire IC 3 OA-1 Tampon

250474 ? 7

De plus, la tension d'alimentation VK allume

les indicateurs de déclenchement, les diodes électro-

luminescentes LED 1, LED 2, le circuit de sortie 52, le

circuit d'essai 56 et la branche de tension de réfé-

rence Les tensions de référence V 1, V 2 sont produites à partir de la tension d'alimentation VK, en utilisant

la résistance R 25, la diode D 14 et la diode V ener 7 D 6.

Par conséquent, deux tensions de référence sont pro-

duites, la première tension de référence Vi 1 apparais-

sant'à l'anode de la diode D 14 pour déterminer la tempo-

risation de surintensité et les points de réglage de

commutation des comparateurs MC 3 et MC 4 (voir tableau I).

La seconde tension de référence V 2 produite à la ca-

thode de la diode Zener ZD 6 fournit le signal de réfé-

rence au comparateur MC 7 de déclenchement par surinten-

sité entre l'amplificateur opérationnel OA-1 et les circuits desortie 52 Deux tensions de référence sont

nécessaires pour assurer le fonctionnement à des ten-

sions d'entrée réduitesqui peuvent apparaître aux bor-

nes "A" et "B".

En ce qui concerne le capteur de courant 14, les trois lignes L 1, L 2 et L 3 d'une source triphasée

sont connectées en série respectivement avec les con-

tacts de travail 16 A, 16 B et 16 C du disjoncteur ou de

l'appareil 16 de contacteur de moteur, à une charge tri-

phasée, par exemple un moteur M Les transformateurs

d'intensité CT 1, CT 2 et CT 3 qui se trouvent dans le boi-

tier de protection 58 de la Fig 5 sont disposés respec-

tivement sur les lignes L 1, L 2 et L 3 pour échantillonner le courant prélevé par la charge M Les transformateurs d'intensité CT 1, CT 2 et CT 3 peuvent être connectés en

étoile, en produisant un courant alternatif proportion-

nel au courant primaire IL prélevé par la charge M Le courant alternatif est ensuite redressé en un courant continu en utilisant les diodes D 1, D 2, D 3, D 4, D 5 et

D 6 constituant un pont triphasé Une varistance V 1 as-

sure une protection contre les surtensions transitoires

qui peuvent être produites par les entrées des transr-

Mteiaateurs d'intensité CT 1, CT 2 et CT 3 La sortie des diodes Dl à D 6 est convertie en une tension continue proportionnelle au courant IL prélevé par la charge,

au moyen de la résistance de charge 22 Pour une inten-

sité donnée, l'amplitude de cette tension à 100 pour cent de la charge M est constante et déterminée-par la valeur de la résistance de charge 22, de sorte que les valeurs de la résistance R 2 et du potentiomètre Pl sont réglées de manière à produire la même tension qu' aux bornes"+" 42 et "-" 44 indépendamment de la valeur

de la charge M Par conséquent, la valeur de la résis-

tance de charge 22 est choisie essentiellement pour

"correspondre" aux différentes charges M, ayant tou-

jours la même tension aux bornes Il est bien entendu que la résistance de charge 22 peut être introduite de façon permanente dans le circuit de protection de charge associé, mais dans le présent mode de réalisation, elle

constitue un module 22 comme le montre la Figure 2.

La sortie continue des redresseurs en pont triphasé Dl à D 6 est proportionnelle à la différence maximale entre deux des trois courants triphasés Par conséquent, quand les courants des phases du moteur sont égaux, la tension continue minimale de la forme d'onde résultante peut être par exemple environ 0, 866 fois la tension continue maximale, et la fréquence d'ondulation est six fois la fréquence en ligne Quand la charge ou le moteur

M subit une rupture de phase, la tension continue pro-

duite est un signal de sortiecontinu qui ressemble a

la sortie d'un redresseur en pont monophasé Par consé-

quent, dans le présent mode de réalisation de 1 ' inven-

tion, le module 22 de résistance de charge doit avoir une résistance de par exemple 60 à 600 Ohms de manière à délivrer une tension de sortie aux bornes positive et négative 42 et 44, par exemple en moyenne de 10 V

pour un courant IL dans une charge M à 10 od.

Le circuit de surintensité (voir également Fig 3) produit un déclenchement par surintensité d'un contacteur, sur la base de la relation courant -temps (I 2 T) -dérivée fondamentalement de l'échauffement dans

une charge M Par conséquent$ pour des' courants IL dé-

passant 115 pour cent du courant à pleine charge M,

pouvant produire par exemple 11,5 Volts à la borne po-

si'tive 42, le circuit de surintensité 50 déclenche une séquence de temporisation La vitesse de temporisation dépend de l'importance de la surintensité (qui détermine

respectivement la valeur de la tension aux bornes posi L-

tive et négative 42 et 144) et, dans une certaine mesure

du courant avant la condition de surintensité.

Plus particulièrement, une branche-résistante àdeux composants détecte la tension à la borne positive

42, qui est proportionnelle au courant dans la charge M'.

Le potentiomètre P 2 *permet l'étalonnage du point de dé-

clenchement tandis que le condensateur C 2 filtre 11 ' en-

trée continue vers le comparateur MC 3 de commutateur

de temporisation de surintensité Si la tension à l''en-

trée positive du camparateur MC 3 de commutateur de tem-

-porisation de surintensité dépasse la tension de réfé-

rence Vl, la sortie de ce comparateur MC 3 passe à l'état "'ouvert" La fonction de la diode D 8 est de protéger les entrées positives du comparateur MC 3 de commutateur de temporisation de surintensité contre les tensions d'entrée excessives.

Les valeurs de la résistance R 9 et du potentio-

mètre P 2 sont réglées' pour que la tension à' la borne d'entrée positive du compar ateur MC 3 soit supérieure à la tension à la borne négative et par conséquent, la

sortie du comparateur M 03 se trouve à l'état de haute im-

pédance (ouvert) quand la charge M 4 est supérieure à

pour cent Par conséquent, avec une charge M infé-

rieure a 115 pour cent, le condensateur de temporisation

C 6 se charge jusqul-à une tnansion initiale qui-est inf é-

rieure à la tension apparaissant à'la borne positive 42 et peut par exemple ne pas dépasser 5 Volts, alors que de façon similaire pendant un démarrage à froid, quand la charge M n' est-pas alimentée, la tension initiale

du condensateur de temporisation C 6 est nulle A 1 'appa-

rition d'une condition de surintensité, la tension à la borne positive 42 et par con séquent à l'entrée de signaux positive du comparateur MC 3 devient supérieure à la tension de référence V 1 et par conséquent, à la borne d'entrée de signaux négative du comparateur MC 3. Cela entraîne donc le passage du comparateur MC-3 à l'état de haute impédance (ouvert) Le condensateur C 6 peut donc se charger par un courant provenant de la diode D 10 et de la résistance R 24 jusqu'à une tension

qui s'approche de la tension à la borne positive 42.

Le condensateur C 6 produit donc la temporisation, tout en représentant la capacité thermique d'une charge,

par exemple la température d'un enroulement du moteur.

En outre, la tension d'amorçage de la diode Zener ZD 3

est choisie de manière qu'avec une condition de sur-

intensité dépassant 140 pour cent de charge nominale, la diode Zener ZD 3 amorce, permettant le passage d'un

courant par la branche R 22 Cela permet donc une appro-

ximation exponentielle en deux parties de la relation de temporisation I T et par conséquent, un taux de charge plus rapide du condensateur C 6 Les valeurs

des composants du circuit de temporisation sont cal-

culées de manière à produire un actionnement de dé-

clenchement d'environ neuf secondes à un courant à pleine charge M de 600 pour cent, d'environ une minute

à un courant à pleine charge de 200 pour cent et d'en-

viron 3 minutes à un courant à pleine charge de 125 pour cent Cela est représenté graphiquement sur la

Figure 4 Pour une constante de temps donnée, les va-

leurs des -résistances R 22 et R 24 sont choisies de ma-

nière à être très élevées par rapport à la valeur de la capacité du condensateur C 6 En outre, la valeur

du condensateur C 6 est choisie très petite car la con-

sidération principale pour le choix du condensateur de temporisation C 6 est un faible rapport entre le courant de fuite et la capacité Par conséquent, les valeurs de R 22 et R 24 peuvent être par exemple de Il Megohms

250474 ?

et 20 Megohms respectivement tandis que la valeur du condensateur C 6 peut être par exemple de 6 microfarads seulement Mais étant donné que de très faibles courants

de charge, qui peuvent être de l'ordre de quelques nano-

ampères, sont utilisés, des circuits de fuites poten tielles doivent être isolés Cela se fait au moyen d'un certain nombre de composants tels que la résistance R 16 qui établit les conditions de valeurs de courant de charge pour la borne-de sortie du comparateur MC 3 de

temporisation de surintensité, et par le chix d'une dio-

de D 12 à faible fuite, isolant ainsi cette source de courant du circuit de temporisation 50 En outre, des courants de polarisation d'entrée tels que celui du

comparateur MC 7 de déclenchement par surintensité peu-

vent affecter la temporisation et par conséquent, le comparateur MC 7 de déclenchement par surintensité est également isolé du reste du circuit de temporisation

par l'amplificateur opérationnel OA 1.

De plus, des impédances non contrôlées de la carte de circuits imprimés peuvent intervenir dans le fonctionnement du circuit et la temporisation car ces impédances peuvent être par exemple de l'ordre de 100 à 1000 Megohms, et résultent de paramètres incontrôlés tels que la réalistiion de la carte, sa propreté et l'hmidité Les effets de ces impédances sont réduits au minimum par la bande de garde 48 qui, comme cela a déjà été indiqué, isole les points critiques du circuit de temporisation des tensions voisines sur la carte de

circuits La bande de garde 48 est connectée électrique-

ment à la branche de référence neutr e V 1 de sorte qu'il ne peut apparaître une impédance comparativement faible à la masse ou une impédance comparativement faible à

la tension haute.

En présence d'une condition de surintensité, quand la tension du condensateur C 6 dépasse la tension de référence qui est disponible à la borne positive de l'amplificateur opérationnel OA 1, le comparateur MC 7 de déclenchement par surintensité, normalement à l'état Z 50 't 74 7 de haute impédance (ouvert), passe à basse impédance mettant ainsi à la masse la borne de sortie de MC 7 et permettant au circuit de sortie 52 de désalimenter la charge M Avec la sortie du comparateur MC 7 au niveau bas, les résistances R 27 et R 29 divisent par deux ia

tension à la borne d'entrée de signaux positive du com-

parateur Cette action maintient le signal, maintenant ainsi la condition de déclenchement pour le circuit de sortie 52, jusqu'à ce que la condition de surintensité soit éliminée avec le condensateur de temporisation C 6 déchargé au-dessous de la tension à laquelle il était

pour cent pour cent de la charge nominale M et en géne-

ral, dans le présent mode de réalisation de l'invention,

cinq Volts Par conséquent, la mise au repos est retar-

-15 dée de plusieurs minutes et,dans le présent mode de réa-

-lisation, d'environ une minute un quart La diode D-O

limite un circuit de décharge possible, assurant le con-

trôle de l'intervalle de retard pendant que le condensa-

teur C 8 assure une insensibilité relative aux transi-

toires parasites La diode Dl U et la diode 7 ener ZD 4

sont dimensionnées de manière à limiter la tension maxi-

male qui apparaît à la borne d'entrée de signaux négati-

ve de l'amplificateur opérationnel OA 1 et qui pourrait endommager les composants si la tension aux bornes du condensateur C 6 dépassait un niveau de sécurité pour

l'amplificateur opérationnel OA 1.

En ce qui concerne le circuit 28 de rupture de phase, comme cela a déjà été indiqué, dans le cas d'une rupture de phase à la charge M, le signal de tension qui apparaît à la borne positive 42 ressemble à la tension continue d'un redresseur en simple pont Le comparateur MD 4 de temporisation de rupture de phase, en contrôlant

les tensions aux bornes des condensateurs C 1 et C 2, dé-

tecte ce changement de forme d'onde et déclenche une temporisation pour le comparateur 3 C 8 de commutateur de déclenchement supplémentaire qui réagit également à

des signaux de déclenchement provenant de modules ex-

térieurs.

) 7 4 7

Dans des conditions triphasées normales,

la tension apparaissant à la borne d'entrée de sig-

naux négative du comparateur MC 4 de temporisation de rupture de phase est égale à la tension aux bornes du condensateur Cl et approche la tension à la borne positive 42, tandis que la tension apparaissant à la borne d'entrée de signaux positive du comparateur MC 4 de temporisation de rupture de phase est égale à la tension aux bornes du condensateur C 2 Etant donné que la sortie des transformateurs d'intensité CT 1, CT 2 et CT 3 délivre un courant alternatif, une ondulation se propage par les diodes D 1 à D 6 de sorte que la tension à la borne positive 42 contient une certaine ondulation et par conséquent un minimum et un maximum C'est de

cette tension maximale de 100 pour cent de la charge no-

minale M que s'approche la tension à la borne d'entrée

de signaux négative du comparateur MC 4 La tension mini-

male n'est pas suffisamment basse pour permettre la dé-

charge du condensateur C 1 de détection de crête par la diode D 7 Mais dans des conditions de rupture de phase,

la tension minimale décroît jusqu'au voisinage du poten-

tiel de la masse, permettant ainsi au condensateur Cl de se décharger par la diode D 7 plus rapidement que la tension aux bornes du condensateur C 2 ne décroît, et elle est inférieure à la tension détectéepar le circuit de surintensité et de temporisation Par conséquent, la tension apparaissant à la borne d'entrée de signaux positive du comparateur MC 4 de commande de temporisation

de rupture de phase est supérieure à la tension du sig-

nal négatif, égale à la tension à la borne d'entrée du comparateur MC 4, de sorte que la sortie de ce dernier

passe à l'état de haute impédance par conséquent ouvert.

La diode Zener ZD 1 protège la borne d'entrée de signaux

négative du comparateur MC 4 contre toute tension exces-

sive La résistance R 12 polarise le comparateur MC 4 dans

des conditions de courant nul.

O i 747

Avec la sortie du comparateur MC 4 de tempori-

sation de rupture de phase ouverte, le condensateur

de temporisation C 5 est chargé par la tension qui appa-

raît à la borne positive 42 Le temps a partir de la détection de la rupture de phase jusqu'au déclenche- ment réel du circuit de sortie dépend de l'intensité du courant dans la ou les phases qui subsistent Le temps de déclenchement est établi par la résistance

R 15 qui est alimentée à partir de la tension d'alimen-

1 v tation VK Si le courant en rupture de phase augmentait la temporisation serait accélérée par la branche de

charge comprenant la résistance R 17 et la diode D 9.

Pour des courants en rupture de phase de 50 pour cent de la charge nominale M, le temps de déclenchement peut être par exemple de 30 secondes, tandis que le temps de déclenchement avec un courant de l O Opour cent de la charge nominale M en rupture de phase peut être par exemple de 20 secondes De plus, le condensateur C 5 sert de condensateur de déclenchement pour des modules extérieurs qui peuvent être connectés à la borne T, en se chargeant instantanément à une tension dépassant

celle qui apparait à la borne d'entrée de signaux po-

sitive du comparateur MC 8 de commutateur de déclenche-

ment supplémentaire Dans le mode normal ou sans déclen-

chement, la tension qui apparaît à la borne d'entrée

* positive du comparateur MC 8 de commutateur de déclen-

chement supplémentaire est égale aux chutes de tension

de D 17, ZD 7 et de la jonction base-émetteur du transis-

tor T 2 Par conséquent, si la tension aux bornes du con-

densateur C 5 et donc la tension qui apparait à la borne

d'entrée de signaux négative du comparateur MC 8 de com-

mutateur de déclenchement supplémentaire dépassent la

chute de tension due aux diodes D 17, ZD 7 et aux transis-

tor T 7, la sortie du comparateur MC 8 se trouvant normale-

ment à l'état de haute impédance (ouverte) passe à

basse impédance, reliant la borne de sortie à la masse.

Cela produit un signal -de déclenchement pour l'étage de ,t 747 26- sortie 52 A la production du signal de déclenchement, la tension à la borne d'entrée de signaux positive du comparateur MC 8 est réduite à la chute de tension de la diode D 17, généralement 0,6 Volt Cette réduction de tension à la borne positive du comparateur MC 8 main-

tientle signal de déclenchement jusqu'à ce que -la condi-

tion de déclenchement soit éliminée et que le condensa-

teur de temporisation C 5 soit déchargé à moins de la chute de tension de la diode D 17 Le retard de la chute de tension est également contrôlé par la valeur de la résistance R 21, ce retard étant d'autant plus long que la valeur de cette résistance est plus élevée de manière telle que si la résistance R 21 est par exemple de 900 kilohms, il en résulte en retard de 1,25 minutes tandis que par exemple si la résistance R 21 est choisie avec une valeur plus basse, par exemple 15 kilohms, la mise

au repos n',çst pas retardée du tout mais en fait instan-

tanée. En ce qui concerne le circuit 24 de dérangement à la terre, la Fig 1 A est un schéma de ce circuit Il est bien entendu que le circuit 24 de dérangements à

la terre peut être intégré avec les circuits du dispo-

sitif de protection de charge, mais dans le présent mode de réalisation de l'invention, il consiste en un module 24 représenté sur la Figure 2 et qui peut être enfiché comme le montre la Figure 5 En l'absence d'un dérangement à-la terre, les-courants des phases dans

les lignes Ll, L 2 et L 3 de la Fig I sont égaux en in-

tensité et déphasés de 1200 La sortie continue du cap-

teur de courant 14 contient une amplitude d'ondulation d'environ 144 à environ six fois la fréquence de la source et, dans le présent mode de réalisation, une

source de 60 Hz environ produit une fréquence d'ondula-

tion de 360 Hz De plus, en l'absence d'un dérangement à la terre dans la charge M, la somme vectorielle des courants des phases dans la charge et par conséquent, la somme vectorielle des courants dans les secondaires de transformateur de la branche neutre GF de la Fig 1

', 7 4 7

est égale -à zéro Par conséquent, aucun courant ne cir-

cule dans la résistance RI et les chutes de tension aux bornes de la résistance R 2 et du potentiomètre Pl

peuvent être égales (voir Figure 1) Lorsqu'un dérange-

ment à la terre se produit, la somme vectorielle des courants dans les trois phases de la charge M n'est plus

égale à zéro Il en résulte qu'un courant résiduel cir-

cule dans la résistance RI de la Fig 1 vers la branche neutre GF En même temps qu'un courant dans la résistance Ri, il apparaît des courants inégaux dans la résistance R 2 et le potentiomètre Pi Il est bien entendu que la résistance Ri peut être par exemple un court-circuit car safonction principale est de présenter un circuit dans la branche neutre pendant une condition de dérangement à la terre Dans cette condition de dérangement à la terre, un courant circule dans la résistance RI et la tension aux -bornes de R 2 est différente de celle aux bornes du potentiomètre Pi Par consqquent, la tension potentielle de la borne GF n'est plus environ la moitié

2:) de la tension des bornes "+" et "-" 40, 44 Avec ce ni-

veau de tension à la borne GF inférieure à la moitié de la tension aux bornes 'positive et négative 42 et 44, la tension à la borne d'entrée de signaux négative du comparateur MC 1 de capteur de dérangement à la terre est supérieure à la tension à la borne positive de ce

comparateur MCI, ce dont il résulte que la borne de sig-

naux de sortie du comparateur MC 1 est à la masse La borne de signaux de sortie à la masse du comparateur

MC 1 ou MC 2 entraîne une décharge à la masse du conden-

sateur C 3 qui est normalement chargé essentiellement à la tension VK Par conséquent, le comparateur MC 5 de temporisation de dérangement à la masse reçoit à

sa borne d'entrée de signaux positive une tension essen-

tiellement égale àla tension d'amorçage de la diode Zener ZD 2, supérieure à la tension de la borne d'entrée

de signaux négative Par conséquent, la sortie du com-

parateur MOS se trouve à l'état de haute impédance ou

25041 '? 47

ouvert Cela permet au condensateur C 4 de se charger jusqu''à une tension qui dépasse la tension d'amorçage de la diode Zener ZD 2 et par conséquent, la tension de la borne d'entrée de signaux positive du comparateur MC 6 de temporisation de dérangement à la terre est supé-

rieure à la tension de la borne d'entrée de signaux néga-

tive de ce même comparateur La borne de signaux de sor-

tie de MC 6 est donc à l'état de haute impédance (ouvert).

Cela permet que là tension VK à la borne K fasse circu-

ler un courant dans la diode D 15 vers la borne de dé-

clenchement T, entraînant ainsi que le comparateur MC 8 de commutateur de déclenchement supplémentaire de la

Fig 1 démarre une séquence de déclenchement et désali-

mente la charge M La valeur de la diode Zener ZD 5 est

choisie pour assurer le démarrage de la séquence de dé-

clenchement La diode Zener ZD 5 doit avoir une tension

d'amorçage supérieure à la tension apparaissant à la bor-

ne d'entrée de signaux positive du comparateur MC 8 de commutateur de déclenchement supplémentaire La tension

appliquée en plus de la tension d'amorçage de ZD 5 entraî-

ne l'amorçage de la grille du redresseur commandé au si-

licium SC 1, permettant le passage d'un courant et à la

diode électroluminescente LED 1 d'indiquer qu'un déclenche-

ment par dérangement à la terre s'est produit La mise

au repos du dispositif de protection se fait de la maniè-

re décrite ci-après, soit automatiquement, soit manuelle-

ment. Dans le mode normal, lorsqu'aucun dérangement à la terre n'est présent, la sortie du comparateur MC 6 de temporisation de dérangement à la terre est à la

masse, courtc ircuitant à la masse la tension VK pro-

duisant un courant dans la résistance R 23, de manière à ne pas permettre qu'un courant circule par la diode D 15 ou la diode Zener ZD 5, pour supprimer l'alimentation de la grille du redresseur SC 1 De plus, dans le mode de

mise au repos à l'ouverture du contact momentané du com-

mutateur SW 1, la tension est supprimée de la borne K ,' 'f 747 arrêtant ainsi la circulation d'un courant dans le redresseur commandé au silicium SC 1, ce qui éteint la diode électroluminescente LED 1 Le potentiomètre P 3 détermine le pourcentage de courant de dérangement à la terre qui est permis avant d'autoriser le change- ment d'état des comparateurs MC 1 ou MC 2 De plus, la diode Zener ZD 2 détermine la tension et par conséquent le pourcentage de charge du moteur IL pour lequel le comparateur MC 5 de temporisation de dérangement à la

terre est débloqué.

Le circuit d'essai 56 permet de contrôler le

circuit 50 de surintensité et de temporisation en l'ab-

sence d'une condition de surintensité dans la charge

M, ou sans utiliser un dispositif d'essai extérieur.

La résistance R 14 est dimensionnée de manière que pen-

dant le mode de contrôle du courant de repos normal,

lorsque la charge M n'est pas en condition de surinten-

sité, l'effet de l'adjonction de la résistance R 4 soit réduit au minimum Cela est du à la faible impédance de la résistance de charge 22, dont il a été mentionné

précédemment qu'elle était de l'ordre de 60 à 600 Ohms.

A l'enlèvement de la prise d'étalonnage 22 ou d'un autre module, tel que celui représenté sur la Figure 2,

l'impédance du circuit 14 de détection de courant aug-

mente jusqu'à une valeur qui est d'environ 5,5 fois

celle de la résistance R 14 Etant donné que la résis-

tance R 14 est alimentée par la tension d'alimentation

VK, la tension qui appara t à la borne positive 42 dé-

passe celle qui devrait apparaître à la résistance de charge 22 si la charge M recevait un courant nominal de 100 % Cela simule donc une condition de surintensité

de sorte que le circuit 50,-de surintensité et de tem-

porisation commence à déclencher une séquence de tempo-

risation Cette séquence se déroule de la même manière que celle déjà mentionnée pour une condition réelle de surintensité La résistance R 14 est prévue de manière à simuler un courant représentant 125 pour cent du

Z 50474 ?

courant à pleine charge du moteur M, de sorte que la charge M est déconnectée de la source en environ 3 minutes, comme l'indique la Figure 4 La remise sous tension de la charge M se fait dans le circuit de sortie 52 et se poursuit de manière à provoquer un dé- clenchement, désalimentant ainsi la charge M, 'jusqu-'à ce que le module 22 de résistance de charge soit à nouveau enfiché dans le dispositif de protection de charge. En ce qui concerne le circuit de sortie 52, aà la production d'un signal de déclenchement par le

circuit 50 de surintensité et de temporisation, le cir-

cuit 28 de rupture de phase ou par l'apparition d'un signai de déclenchement à la borne T, provenant par exemple du circuit 24 de dérangement à la terre, le transistor T 2 de commande de relais et par conséquent

le relais de sortie RE 1 sont désexcités, supprimant ain-

si l'alimentation de la charge M Simultanément avec la

désexcitation du relais RE 1, la diode électrolumines-

cente LED 1 et le transistor TI de circuit de blocage sont excités Le commutateur de connexion 51 indique

si l'unité revient automatiquement au repos ou néces-

site une mise au repos manuelle, par le fait que la source de tension àla base du transistor T 2 de commande

de relais est connectée en série avec le commutateur 51.

Dans l'état normal sous tension, lorsque l'alimentation est appliquée à la charg= M, le courant de base du transistor T 2 de commande de relai S est

fourni par la résistance R 31 et la diode Zener ZD 7.

Avec le transistor T 2 débloqué, le relais de commande

RE 1 est excité maintenant fermés ses contacts de tra-

vail Avec le transistor T 2 saturé, l'attaque de base du transistor T 1 de commande de blocage est dérivée à la masse par la diode D 20, maintenant ainsi éteinte la diode électroluminescente LED 2 La résistance R 36

de base du transistor T 1 assure l'état de ce transis-

tor quand le transistor T 2 est débloqué.

t'4747 Si la borne de sortie du comparateur MC 7 de déclenchement par surintensité ou du comparateur MC 8 de commutateur de déclenchement supplémentaire

passe au niveau bas, passant ainsi à la masse, l'atta-

-que de base du transistor T 2 de commande de relais est court-circuitée à la masse L'utilisation de là diode D 16 assure que la tension nécessaire pour changer

d'état de l'amplificateur opérationnel OA 1 et par con-

séquent l'état du comparateur MC 7 de déclenchement par surintensité n'est pas affect&epar un changement d'état du circuit-de sortie 52 Cette action permet donc que

le comparateur MC 7 ou MC 8 qui a provoqué le déclenche-

ment commande la durée du retard avant la mise au repos.

Le commutateur 51 automatique-manuel peut être un com-

mutateur unipolaire à deux positions ou un point de connexion interne dans le schéma de la Figure 1 et, dans le présent mode de réalisation de l'invention, il s'agit d'un point de connexion Dans la configuration manuelle, le temps qui s'écoule avant la mise au repos

après la désexcitation du relais RE 1 peut être instanta-

né pour des conditions de déclenchement provoquées par

le comparateur 14 C 8 de commutateur de déclenchement sup-

plémentaire, ou plus long, par exemple 1,25 minute pour des déclenchements provoqués par le comparateur MC 7 de déclenchement par surintensité La raison du retard

avant la mise au repos lorsqu'un déclenchement par sur-

intensité apparaît, est qu'il faut permettre à la charge

M de se refroidir après une condition de surchauffe.

Pendant le fonctionnement du relais RE 1, la diode D 21 évite d'endommager les composants à semi-conducteurs

associés Pendant le temps o le transistor T 2 de com-

mande de relais est bloqué, le courant d'attaque de base pour le transistor T 1 de commande de blocage est fourni par la résistance R 35, permettant le déblocage du transistor Tl ainai que de l'indicateur à diode électroluminescente LED 2 La diode Zener ZD 8 fournit un circuit de conduction secondaire si l'indicateur LED 2 est défaillant Dans la configuration manuelle, cette action est maintenue automatiquement de sorte que le courant d'attaque de base du transistor T 2 de commande de relais est fourni par la chute de tension à la jonction entre la résistance R 30 de limitation de courant et l'anode de la diode électroluminescente LED 2.

La diode Zener ZD 7 et la résistance R 32 de base du tran-

sistor T 2 assurent que l'état de déclenchement est maintenu jusqu'àce que l'alimentation du circuit de sortie 52 soit interrompu, en utilisant ie commutateur momentané SW 1 Si avant l'actionnement du commutateur SW 1, le comparateur MC 7 de déclenchement par surintensité et le comparateur MC 8 de commutateur de déclenchement supplémentaire ne sont pas en condition de déclenchement,

au rétablissement de l'alimentation, le courant d'atta-

que de base du transistor T 2 est rétabli, et par conse-

quent, le relais de sortie RE 1 est excité et ferme ses contacts Si le comparateur MC 7 ou le comparteur MC 8 est en état de déclenchement quand le commutateur SW 1

est manoeuvré, le courant d'attaque de base du transis-

tor T 2 est à nouveau dérivé à la masse, maintenant ainsi désexcité le relais de sortie RE 1 et maintenant débloqué

le transistor T 1 et la diode électroluminescente LED 2.

La diode Zener ZD 11 inhibe l'indicateur à diode électro-

luminescente LED 2 et le transistor T 1 de commande de blo-

cage lorsque la tension d'alimentation V est inférieure à environ 75 % de la tension d'amorçage des diodes Zener ZD 9 et ZD 10 Cela assure que lorsque l'alimentation

est appliquée, l'unité ne passe pas à l'état de déclenche-

ment à moins que le retard nécessaire pour la mise au

repos ne soit écoulé Le condensateur C 11 réduit la sen-

sibilité de l'unité aux parasites.

Dans le mode automatique du commutateur 51, le courant d'attaque de base du transistor T 2 de commande

de relais est fourni par la tension d'alimentation VK.

K Quand l'état de l'un des comparateurs de déclenchement MC 7 ou MC 8 revient à la normale, condition de coupure,

le courant d'attaque de base est rétabli pour le tran-

2504-747

sistor T 2 sans intervention de l'opérateur, excitant ainsi le relais de commande RE 1 qui ferme ses contacts de travail associés, et bloquant le transistor Tl et

l'indicateur à diode électroluminescente LED 2.

Il est bien entendu que le dispositif selon l'invention peut contrôler des charges autres que des

moteurs comme des transformateurs ou des sources d'ali-

mentation sans sortir du cadre ni de l'esprit de l'in-

vention En outre, il est bien entendu qu'un disjoncteur peut être utilisé à la plaque du contacteur ou que le circuit de sortie peut déclencher un signal audible et,l

ou une alarme visuelle au lieu ou à la place du contac-

teur Il est en outre bien entendu que les comparateurs

qui font partie des circuits intégrés peuvent être agen-

cés dans des combinaisons différentes sur des circuits intégrés, ou être combinés dans des circuits d'intégration

poussée ou même consister en des composants discrets.

De plus, le niveau ou la durée des conditions de dérange-

ment avant le déclenchement peut être augmenté ou di-

minué De plus, d'autres modules qui n'ont pas été men-

tionnés explicitement peuvent utiliser cette disposition et peuvent comprendre par exemple des modules de longue

accélération, des modules de déséquilibre de phase, uti-

lisant la disposition des broches selon l'invention.

Par conséquent, en plus des avantages mentionnés

ci-dessus, l'invention qui a été décrite apporte un dis-

positif de protection de charge qui est compact -, avec

des possibilités d'extension modulaire, tout en consti-

tuant un dispositif de protection de charge efficace L'invention concerne ainsi un dispositif de protection de charge qui coordonne-étroitement la protection de charge

avec la détection des conditions de dérangement.

IDENTIFICATION DES REFERENCES NUMERIQUES UTILISEES

DANS LES FIGURES

Légende

CAPTEUR DE COURANT

ALTERNATIF-CONTINU

INTENSITE-TENSION

ESSAI SUR PLACE

TENSION DE COMMANDE

ABAISSEMENT DE COMMANDE

ALTERNATIF-CONTINU

MISE AU REPOS

TENSIONS DE REFERENCE

DETECTION DE NIVEAU

DEMARRAGE A CHAUD

COMMUTATEUR TEMPORIS SURINTENSITE

TEMPORISATEUR SURINTENSITE

CAPTEURS DE COURANT

COMMUTATEUR DE DECLENCHEMENT DE BASE

CAPTEUR RUPTURE DE PHASE

COMMUTATEUR TEMPORISATION RUPTURE

DE PHASE

TEMPORISATION RUPTURE DE PHASE

COMMUTATEUR DECLENCHEMENT SUPPLEM.

MODULE DERANGEMENT A LA TERRE

TEMPORISATION DERANGEMENT A LA-TERRE

COMMUTATEUR DECLENCHEMENT DERANGEMENT

A LA TERRE

RESISTANCE DE CHARGE

INDICATEUR DECLENCHEMENT DERANGEMENT

A LA TERRE

TRANSISTOR COMMANDE VERROUILLAGE

MODULE DERANGEMENT A LA TERRE

INDICATION ET VERROUILLAGE

TRANSISTOR COMMANDE RELAIS

CIRCUIT LOGIQUE TEMPS INVERSE

RELAIS DE COMMANDE

CONTACT DE SORTIE

DETECTION DE RUPTURE DE PHASE

Réf N O F 1 F 2 F 3 F 4 -F 5 F 6 F 7 F 9 F 10 Fll F 12 F 13 F 14 F 15 F 16 F 17 F 18 F 19 F 20 F 21 F 22 F 23 F 24 F 25 F 26 F 27 F:L ur e 3 _ 5 LEGENDE N O Réf Figure

MODULE ACCESSOIRE 30 2

COMMUTATEUR DE SORTIE 38 2

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 Dispositif de protection contre les ruptures de phase pour une charge en courant alternatif polyphasé, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte

un dispositif capteur ( 14) destiné à détecter un cou-

rant qui circule dans un circuit électrique, ledit dis- positif capteur produisant un signal de sortie qui est fonction dudit courant qui circule, un dispositif ( 28)

de détection de rupture de phase connecté audit dispo-

sitif capteur pour détecter une rupture de phase, et produisant un signal de déclenchement lorsque ladite

rupture de phase persiste pendant une période prédé-

terminée et un dispositif ( 38) de déclenchement de com-

mande de circuit connecté audit dispositif de détection de rupture de phase et audit circuit électrique pour

ouvrir ce circuit électrique quand ledit signal de dé-

clenchement est produit.

2 Dispositif selon la revendication 1, ca-

ractérisé en ce qu'il comporte en outre un premier dis-

positif d'emmagasinage Cl connecté audit signal de sor-

tie pour produire un niveau de tension qui est fonction

dudit signal de sortie, un second dispositif d'emmaga-

sinage (C 2) connecté audit signal de sortie pour pro-

duire un niveau de tension qui est fonction dudit sig-

nal de sortie, ledit dispositif ( 28) de détection de rupture de phase étant connecté audit premierdispositif

d'emmagasinage et audit second dispositif d'emmagasina-

ge pour détecter si le niveau de tension dudit premier dispositif d'emmagasinage est supérieur au niveau de

tension dudit second dispositif d'emmagasinage, au-

delà d'une période prédéterminée, indiquant ainsi une

rupture de phase et produisant un signal de déclenche-

ment.

3 Dispositif selon la revendication 2, ca-

ractérisé en ce qu'un premier élément résistif (R 4) est connecté en circuit avec ledit premier dispositif

d'emmagasinage (ci).

250-4747

4 Dispositif selon la revendication 2, carac-

térisé en ce qu'un second élément résistif (R 9) est

connecté en circuit avec ledit second dispositif d'em-

magasinage (C 2).

Dispositif selon la revendication 2, carac-

térisé en ce que lesdits premier et second dispositifs

d'emmagasinage (Cl, C 2) sont constitués par des conden-

sateurs.

6 Dispositif selon la revendication 3,*carac-

térisé en ce que ledit premier élément résistif (R 4)

est constitué par une résistance.

7 Dispositif selon la revendication 4, carac-

térisé en ce que ledit second élément résistif (R 9) est

constitué par une résistance.