EP1418600A1 - Méthode et dispositif de pilotage d'un appareil interrupteur. - Google Patents

Méthode et dispositif de pilotage d'un appareil interrupteur. Download PDF

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EP1418600A1
EP1418600A1 EP03104051A EP03104051A EP1418600A1 EP 1418600 A1 EP1418600 A1 EP 1418600A1 EP 03104051 A EP03104051 A EP 03104051A EP 03104051 A EP03104051 A EP 03104051A EP 1418600 A1 EP1418600 A1 EP 1418600A1
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EP
European Patent Office
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actuator
slave
master
control
master actuator
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Application number
EP03104051A
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German (de)
English (en)
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EP1418600B1 (fr
Inventor
Stéphane FOLLIC
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 Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/16—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off"
    • H01H9/167—Circuits for remote indication

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling an actuator slave in function of a master actuator in an electrical switch device, in particular in a relay, a contactor, a contactor-circuit breaker, a switch or other.
  • the invention also relates to a device for controlling and regulating movements of a slave actuator not having a mechanical connection with a master actuator, as well as a switch device comprising such a device.
  • Electrical switch devices in particular of the relay, contactor or contactor-circuit breaker, have in a known manner a master master actuator linked to main contacts and consisting for example of an electromagnet comprising a fixed part and a movable part, the latter being controlled by an excitation coil in which an electric control current flows.
  • the moving part moves between a position open and a closed position allowing the opening and closing of the contacts key.
  • the main actuator can thus supply or cut a connected electrical load downstream of the switch device.
  • the movable part of the main actuator can be manually switched between the open position and / or the closed position.
  • auxiliary actuators also called auxiliary contact blocks, used to produce different basic functions such as self-maintenance, servo-control, interlocks, couplings, signaling, etc. They can be instantaneous or Timed.
  • auxiliary actuators are called slaves because their displacement is always subject to the movement of the main actuator, called the master, so that faithfully reproduce the state of it.
  • a slave actuator has a movable element bearing the movable auxiliary contacts. This mobile element makes it possible to open and close the auxiliary contacts depending on the position of the main contacts.
  • the movable element of an auxiliary slave actuator is mechanically driven by the moving part of the master main actuator, so that its movement is controlled by that of the main master actuator.
  • the master actuator must also be powerful enough to be able to to mechanically drive not only its own moving part but also the moving parts of the associated slave actuator (s).
  • the establishment of a number variable of slave actuators then risks modifying the dynamics of the actuator master, thus modifying its overall performance.
  • the slave actuator (s) are necessarily placed in the direct vicinity of the master actuator and are therefore not removable.
  • the slave actuator (s) must have a shape adapted to the actuator master, it is frequent that a change of caliber of the master actuator in order to cover a wide range of power, also leads to a change in slave actuators associable, which generates a large multiplicity of different products and therefore manufacturing, storage, compatibility and usability issues for users, etc ...
  • the document FR2384373 proposes an assembly making it possible to know the two open / closed positions of a main circuit breaker, using two limit switches which give electrical information that can be amplified and transferred. However, this information does not allow the position of an auxiliary actuator to be controlled relative to the main actuator.
  • the invention aims to avoid these drawbacks by eliminating, in an electrical switch device, the mechanical link ensuring the transmission of control of the master actuator to one or more associated slave actuators.
  • the method and device described in the invention advantageously allow taking account for any disturbance in the movement of the mobile part of the master actuator, such mechanical locking, welding, speed modification and / or stroke displacement (wear of the contacts for example), in order to ensure a good enslavement between the auxiliary contacts of the slave actuator (s) and the main contacts of the master actuator, so that the movement of the auxiliary contacts follows the most as faithfully as possible the movement of the main contacts.
  • the invention proposes a method for controlling the slave actuator for an electrical switch device comprising a master actuator provided with a movable part linked to main contacts and at least one slave electromagnetic actuator with a movable element linked to auxiliary contacts.
  • the method includes a phase of determination of the position of the mobile part of the master actuator, a phase of transmission of a signal representative of said position to a control unit of the slave actuator, and a phase of generation by the control unit of a control command of the movable element of the slave actuator according to said signal.
  • the determination of the position of the movable part of the master actuator is either produced using a position sensor, or calculated in a processing unit of the switch device from a voltage and current measurement circulating in an excitation coil of the master actuator, the latter solution advantageously avoiding the use of a position sensor.
  • control method can also include a phase of regulation of the position of the mobile element by the control unit during which determines the position of the movable element of the slave actuator and regulates the piloting order, as a function of said position measurement of the movable element, so as to improve the positioning of the movable element.
  • the invention also provides a control device for implementing this method.
  • the control device comprises means for determining the position of the mobile part of the master actuator, means for transmitting a signal representative of said position towards the control unit, and means of generation by the control unit of a control command of the mobile element of the slave actuator in function of said signal.
  • the slave actuator is for example an actuator for Voice-coil type, brushless motor type, stepper motor type or motor type linear, whose response times allow to reach the desired performances.
  • the invention provides an electrical switch device comprising a master actuator and one or more slave electromagnetic actuators and comprising such a control device making it possible to control the movements of the slave actuators to the movements of the master actuator, replacing the link usual mechanics existing between master actuator and slave actuator (s), such so that some slave actuators may be distant from the master actuator.
  • This invention will find a first application in the control of blocks of auxiliary contacts of the same electrical switch device.
  • Other applications are also offered, in particular the control of several switching devices separated slaves between them, so as to perform functions such as control inverter, star-delta starting of the engine or other.
  • the slave actuators no longer having a mechanical connection with the master actuator of the switch device, they become compatible with devices of different dimensions and sizes.
  • the number of auxiliary contact blocks associated with the same device no longer influences the performance and dynamics of the master actuator of the device.
  • some auxiliary contact blocks can be easily deported at a considerable distance from the device without modifying the performance.
  • several separate switching devices slaved to each other thanks to the invention are not necessarily placed close to each other.
  • an electrical switch device comprises a master actuator with a fixed part 15, such as a fixed cylinder head, cooperating with a movable part 10, such as a movable frame.
  • the movable part 10 moves alternately between an open position and a closed position and directly or indirectly carries a or several movable main contacts, not shown in the figures.
  • the party mobile is for example in the closed position
  • the main mobile contacts are plated against corresponding fixed main contacts of the switching device allowing thus the passage of a main electric current, in the different poles of the device.
  • the movable part is in the open position, the movable contacts are separated from the fixed contacts, so as to cut off the flow of the main electric current.
  • the master actuator is an electromagnet.
  • the mobile part 10 of the master actuator is in this case in magnetic material and can move under the action of an excitation coil electromagnetic 13 traversed by an electric excitation current, continuous or alternating, and possibly under the action of a return spring.
  • an electric excitation current continuous or alternating
  • a return spring Such a well-known device is charged supply and cut an electrical load connected downstream, such as a motor electric.
  • the part mobile 10 can move under the action of a manual control and possibly a spring.
  • the switch device also includes at least one slave actuator, such as than an auxiliary contact block.
  • at least one slave actuator is represented. It has a fixed element 25 cooperating with a mobile element 20.
  • the element mobile 20 carries one or more mobile auxiliary contacts directly or indirectly, not shown diagrammatically in the figures, and moves alternately between an open position and a closed position.
  • the movable member is in the closed position, for example, the movable auxiliary contacts are pressed against fixed auxiliary contacts.
  • the movable element is in the open position, the movable contacts are separated from the fixed contacts.
  • auxiliary contact blocks such as normally closed contacts, normally closed contacts, contacts timers, etc ....
  • the moving part of the master actuator is linked mechanically to the movable element of the slave actuator (s) of the device switch, so as to be able to mechanically control the movement of the slave actuators with that of the master actuator.
  • This mechanical servo can generate the disadvantages mentioned above.
  • the invention therefore aims to replace this mechanical control with an electric control.
  • the slave actuator comprises an electronic control unit 22 which comprises means for generating a control order 26 sent to the mobile element 20, allowing the displacement of this mobile element 20 relative to the fixed element 25.
  • the slave actuator is an actuator for Voice-coil type with a voice coil 20 traversed by a control current 26 emitted by the control unit 22.
  • the voice coil 20 is associated with a fixed support 25 incorporating a permanent magnet and a core of magnetic material.
  • the intensity and direction of the current control 26 circulating the voice coil 20 make it possible to fix the speed and the direction of the displacement of the coil 20 relative to the fixed support 25.
  • a linear actuator of the type Voice-coil is particularly suitable for such control / command applications: long stroke, effort and acceleration, short response time, simplicity of command (regulation).
  • the slave actuator could also be a brushless type motor, a step motor, a linear motor, etc ...
  • the control device includes means for determining the position of the movable part 10 of the actuator master.
  • These determination means provide an electrical signal 5 making it possible to know at any time and in real time the position of the mobile part 10 during all closing and opening movements of the master actuator.
  • these determination means comprise a sensor 11 analog capable of measuring the position of the movable part 10 in real time and providing a signal 5 representative of this position.
  • Different types of known sensors are possible, such as Hall effect sensor, magneto-resistive sensor, current sensor Foucault or others.
  • the means of determination do not have a position sensor but have a unit of treatment 12 in the switch device.
  • This processing unit 12 comprises by example a microcontroller or microprocessor, in particular a DSP type processor, and can be installed in an integrated circuit, for example in an ASIC component, mounted on a printed circuit inside the switch device.
  • the master actuator is in this case an electromagnet and the processing unit 12 has conventional means of measurement of the voltage U at the terminals of the excitation coil 13 and for measuring the intensity of the excitation current I flowing in the coil 13.
  • the processing unit 12 of the switching device is capable of calculating the inductance H of the coil at any time excitation 13 and then deduce therefrom by calculation the real-time position of the mobile part 10 of the master actuator relative to the fixed part 15, according to a method described in the application document FR 02 00952.
  • a sampling frequency of the order of 20 KHz or more gives satisfactory results in the context of this invention.
  • the processing unit 12 could calculate other quantities, such as the coil flux, which would also allow it to determine in real time the position of the mobile part 10 of the master actuator.
  • the determination means provide a representative electrical signal 5 the position of the movable part 10 of the master actuator, either by direct measurement, or by calculation, depending on the variant chosen.
  • Signal 5 is therefore either an analog signal, by example if it comes from a sensor, ie a sampled digital signal. A frequency of the order of 20 KHz or more gives satisfactory results in the part of this invention.
  • this signal electric 5 is transmitted in real time to the control unit 22 of each actuator slave associated with the master actuator by transmission means.
  • the transmission means include a simple electrical connection between the determination means and the control unit 22.
  • other link media can be used to transmit signal 5, such as for example a fiber optic link, a wireless link using the Bluetooth or other protocol.
  • transform signal routing technology 5 for example: converter electrical / optical at one end of the link then optical / electrical converter at the other end.
  • An optical link avoids possible risks of disturbances signal 5 electromagnetic over long distances.
  • a wireless link allows easily deport the slave actuator (s) from the master actuator.
  • the signal transmission means 5 replace advantageously the usual mechanical means of connection existing between actuator master and slave actuator (s), while maintaining a satisfactory response time between the appearance of a movement made by the mobile part 10 of the master actuator and its reproduction by the movable element 20 of the slave actuator.
  • signal 5 is used as input by the means of generation of the electronic control unit 22 of the slave actuator so as to generate a control order 26 for the movable element 20, which constitutes a so-called phase of generation.
  • the control order 26 corresponds to the control current flowing through the voice coil 20. The regulation of the position of the movable element 20 is then produced in open loop.
  • control device can include means 21 for determining the position of the movable element 20 by relative to the fixed element 25. These means consist for example of a position 21.
  • the control unit 22 then comprises regulation means which use the feedback from these determination means 21 to effect regulation in a closed loop of the position of the movable element 20.
  • the generation means and the regulation means are produced by program inside the electronic control unit 22, this comprising by example a DSP type processor with a sampling frequency of at least 20 kHz.
  • the control unit 22 is capable of easily generating the commands corresponding to all types of auxiliary contacts desired (NO, NC, timed, ).
  • any movement of the movable part 10 of the actuator master is permanently detected by the determination means 11,12 during the phase determination, then is sent via signal 5 to the control unit 22 of the actuator slave during the transmission phase.
  • Unit 22 is then capable, during the phase of generation and regulation, to control the movable element 20 so as to enslave the position of the auxiliary contacts at the position of the main contacts of the device switch and therefore to faithfully reproduce this displacement with a dynamic equivalent to that which can be obtained by using a conventional mechanical connection between the movable part 10 and the movable element 20.
  • the electronic control unit 22 can perform various functions additional, such as a delay function, on closing and / or opening, which gives the possibility of voluntarily reintroducing a delay between the movements of the actuator master and those of the associated slave actuator (s), depending on the applications desired.
  • a delay function on closing and / or opening, which gives the possibility of voluntarily reintroducing a delay between the movements of the actuator master and those of the associated slave actuator (s), depending on the applications desired.

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Abstract

Méthode et dispositif permettant d'asservir un ou des actionneur(s) esclave(s) à un actionneur maître, dans un appareil électrique interrupteur, de façon à remplacer la liaison mécanique entre actionneur maître et actionneur(s) esclave(s). L'appareil comprend un actionneur maître doté d'une partie mobile (10) et au moins un actionneur esclave doté d'un élément mobile (20). La méthode comporte une phase de détermination de la position de la partie mobile (10) de l'actionneur maître, une phase de transmission d'un signal (5) représentatif de ladite position vers une unité de pilotage (22) de l'actionneur esclave, et une phase de génération par l'unité de pilotage (22) d'un ordre de pilotage (26) de l'élément mobile (20) en fonction dudit signal (5). <IMAGE>

Description

La présente invention se rapporte à une méthode de pilotage d'un actionneur esclave en fonction d'un actionneur maítre dans un appareil électrique interrupteur, en particulier dans un relais, un contacteur, un contacteur-disjoncteur, un commutateur ou autres. L'invention concerne également un dispositif de pilotage et de régulation des mouvements d'un actionneur esclave ne comportant pas de liaison mécanique avec un actionneur maítre, ainsi qu'un appareil interrupteur comportant un tel dispositif.
Les appareils électriques interrupteurs, notamment du type relais, contacteur ou contacteur-disjoncteur, disposent de façon connue d'un actionneur principal maítre lié àdes contacts principaux et constitué par exemple d'un électroaimant comprenant une partie fixe et une partie mobile, celle-ci étant commandée par une bobine d'excitation dans lequel circule un courant électrique de commande. La partie mobile se déplace entre une position ouverte et une position fermée permettant l'ouverture et la fermeture des contacts principaux. L'actionneur principal peut ainsi alimenter ou couper une charge électrique reliée en aval de l'appareil interrupteur. Dans d'autres appareils interrupteurs connus, notamment du type commutateur ou bouton-poussoir, la partie mobile de l'actionneur principal peut être commutée manuellement entre la position ouverte et/ou la position fermée.
Ces appareils interrupteurs disposent parfois en outre d'un ou plusieurs actionneurs auxiliaires, appelés aussi blocs contacts auxiliaires, permettant de réaliser différentes fonctions de base comme des auto-maintiens, des asservissements, des verrouillages, des couplages, de la signalisation, etc... Ils peuvent être instantanés ou temporisés. Ces actionneurs auxiliaires sont dits esclaves parce que leur déplacement est toujours asservi au déplacement de l'actionneur principal, appelé maítre, de façon à reproduire fidèlement l'état de celui-ci. Un actionneur esclave comporte un élément mobile portant les contacts auxiliaires mobiles. Cet élément mobile permet d'ouvrir et de fermer les contacts auxiliaires en fonction de la position des contacts principaux. Pour cela, dans les solutions habituellement connues, l'élément mobile d'un actionneur auxiliaire esclave est entraíné mécaniquement par la partie mobile de l'actionneur principal maítre, de sorte que son mouvement est asservi à celui de l'actionneur principal maítre.
Cependant, un asservissement mécanique comporte divers inconvénients. Tout d'abord, il peut entraíner une usure prématurée des pièces en mouvement. Ensuite, les actionneurs esclaves étant optionnels, ils doivent pouvoir se connecter et se déconnecter aisément de l'actionneur maítre. Cela impose des contraintes mécaniques àprévoir lors de la conception et de la construction du boítier de l'appareil interrupteur pour permettre une liaison mécanique facile à réaliser mais fiable, par exemple soit sur le devant de l'appareil, soit sur les côtés. De plus, le nombre d'actionneurs esclaves raccordables àun actionneur maítre est souvent limité pour des problèmes d'encombrement ou des problèmes de solidité de la liaison mécanique.
L'actionneur maítre doit aussi être suffisamment puissant pour être capable d'entraíner mécaniquement non seulement sa propre partie mobile mais également les éléments mobiles du ou des actionneurs esclaves associés. La mise en place d'un nombre variable d'actionneurs esclaves risque alors de modifier la dynamique de l'actionneur maítre, modifiant ainsi ses performances globales.
Par ailleurs, dans cette configuration habituelle, le ou les actionneurs esclaves sont forcément placés àproximité directe de l'actionneur maítre et ne sont donc pas déportables. Enfin, comme le ou les actionneurs esclaves doivent avoir une forme adaptée à l'actionneur maítre, il est fréquent qu'un changement de calibre de l'actionneur maítre en vue de couvrir une large gamme de puissance, entraíne aussi un changement des actionneurs esclaves associables, ce qui engendre une multiplicité importante de produits différents et donc des problèmes de fabrication, de stockage, de compatibilité et de facilité d'emploi pour les utilisateurs, etc...
Le document FR2384373 propose un montage permettant de connaítre les deux positions ouverte/fermée d'un disjoncteur principal, à l'aide de deux fins de course qui donnent une information électrique susceptible d'être amplifiée et déportée. Cependant, cette information ne permet pas d'asservir la position d'un actionneur auxiliaire par rapport à l'actionneur principal.
C'est pourquoi l'invention a pour but d'éviter ces inconvénients en supprimant, dans un appareil électrique interrupteur, la liaison mécanique assurant la transmission de la commande de l'actionneur maítre vers un ou plusieurs actionneurs esclaves associés. La méthode et le dispositif décrits dans l'invention permettent avantageusement de prendre en compte toute perturbation dans le déplacement de la partie mobile de l'actionneur maítre, tel qu'un blocage mécanique, un soudage, une modification de vitesse et/ou de course de déplacement (usure des contacts par exemple), afin d'assurer un bon asservissement entre les contacts auxiliaires du(des) actionneur(s) esclave(s) et les contacts principaux de l'actionneur maítre, de sorte que le mouvement des contacts auxiliaires suive le plus fidèlement possible le mouvement des contacts principaux.
Pour cela, l'invention propose une méthode de pilotage d'actionneur esclave pour un appareil électrique interrupteur comprenant un actionneur maítre doté d'une partie mobile liée à des contacts principaux et au moins un actionneur électromagnétique esclave doté d'un élément mobile lié à des contacts auxiliaires. La méthode comporte une phase de détermination de la position de la partie mobile de l'actionneur maítre, une phase de transmission d'un signal représentatif de ladite position vers une unité de pilotage de l'actionneur esclave, et une phase de génération par l'unité de pilotage d'un ordre de pilotage de l'élément mobile de l'actionneur esclave en fonction dudit signal.
Selon une caractéristique, la détermination de la position de la partie mobile de l'actionneur maítre est soit réalisée à l'aide d'un capteur de position, soit calculée dans une unité de traitement de l'appareil interrupteur àpartir d'une mesure de la tension et du courant circulant dans une bobine d'excitation de l'actionneur maítre, cette dernière solution permettant avantageusement d'éviter l'utilisation d'un capteur de position.
Selon une autre caractéristique, la méthode de pilotage peut comporter en outre une phase de régulation de la position de l'élément mobile par l'unité de pilotage durant laquelle on détermine la position de l'élément mobile de l'actionneur esclave et on régule l'ordre de pilotage, en fonction de ladite mesure de position de l'élément mobile, de façon à améliorer le positionnement de l'élément mobile.
L'invention propose aussi un dispositif de pilotage pour mettre en oeuvre cette méthode. Le dispositif de pilotage comprend des moyens de détermination de la position de la partie mobile de l'actionneur maítre, des moyens de transmission d'un signal représentatif de ladite position vers l'unité de pilotage, et des moyens de génération par l'unité de pilotage d'un ordre de pilotage de l'élément mobile de l'actionneur esclave en fonction dudit signal.
Selon une caractéristique, l'actionneur esclave est par exemple un actionneur de type Voice-coil, de type moteur brushless, de type moteur pas à pas ou de type moteur linéaire, dont les temps de réponse permettent d'atteindre les performances voulues.
Enfin, l'invention propose un appareil électrique interrupteur comprenant un actionneur maítre et un ou plusieurs actionneurs électromagnétiques esclaves et comportant un tel dispositif de commande permettant d'asservir les mouvements du ou des actionneurs esclaves aux mouvements de l'actionneur maítre, en remplaçant la liaison mécanique habituelle existant entre actionneur maítre et actionneur(s) esclave(s), de telle sorte que certains actionneurs esclaves peuvent être distants de l'actionneur maítre.
Cette invention trouvera une première application dans la commande de blocs de contacts auxiliaires d'un même appareil électrique interrupteur. D'autres applications sont également proposées, en particulier la commande de plusieurs appareils interrupteurs séparés asservis entre eux, de manière à réaliser des fonctions telles que la commande d'inverseur, le démarrage étoile-triangle de moteur ou autre.
Grâce à l'invention, les actionneurs esclaves n'ayant plus de liaison mécanique avec l'actionneur maítre de l'appareil interrupteur, ils deviennent compatibles avec des appareils de dimension et de calibre différents. Le nombre de blocs contacts auxiliaires associés àun même appareil n'a plus d'influence sur les performances et la dynamique de l'actionneur maítre de l'appareil. De plus, certains blocs de contacts auxiliaires peuvent être facilement déportés à une distance importante de l'appareil sans modification des performances. De même, plusieurs appareils interrupteurs séparés asservis entre eux grâce àl'invention ne sont pas forcément placés àproximité les unes des autres.
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaítre dans la description détaillée qui suit en se référant àun mode de réalisation donné àtitre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 représente un schéma fonctionnel d'un dispositif de pilotage conforme àl'invention,
  • la figure 2 schématise un autre exemple de dispositif de pilotage conforme à l'invention.
En référence aux figures 1 et 2, un appareil électrique interrupteur comprend un actionneur maítre doté d'une partie fixe 15, telle qu'une culasse fixe, coopérant avec une partie mobile 10, telle q'une armature mobile. La partie mobile 10 se déplace alternativement entre une position ouverte et une position fermée et porte directement ou indirectement un ou plusieurs contacts principaux mobiles, non représentés sur les figures. Lorsque la partie mobile est par exemple en position fermée, les contacts principaux mobiles sont plaqués contre des contacts principaux fixes correspondants de l'appareil interrupteur permettant ainsi le passage d'un courant électrique principal, dans les différents pôles de l'appareil. inversement, quand la partie mobile est en position ouverte, les contacts mobiles sont séparés des contacts fixes, de façon àcouper le passage du courant électrique principal. Dans un appareil du type relais, contacteur ou contacteur-disjoncteur, l'actionneur maítre est un électroaimant. La partie mobile 10 de l'actionneur maítre est dans ce cas en matériau magnétique et peut se déplacer sous l'action d'une bobine d'excitation électromagnétique 13 parcourue par un courant électrique d'excitation, continu ou alternatif, et éventuellement sous l'action d'un ressort de rappel. Un tel appareil bien connu est chargé d'alimenter et de couper une charge électrique connectée en aval, comme un moteur électrique. Dans un appareil interrupteur du type commutateur ou bouton-poussoir, la partie mobile 10 peut se déplacer sous l'action d'une commande manuelle et éventuellement d'un ressort de rappel.
L'appareil interrupteur comprend également au moins un actionneur esclave, tel qu'un bloc de contacts auxiliaires. Dans les figures 1 et 2, un seul actionneur esclave est représenté. Il est doté d'un élément fixe 25 coopérant avec un élément mobile 20. L'élément mobile 20 porte directement ou indirectement un ou plusieurs contacts auxiliaires mobiles, non schématisés sur les figures, et se déplace alternativement entre une position ouverte et une position fermée. Lorsque l'élément mobile est en position fermée, par exemple, les contacts auxiliaires mobiles sont plaqués contre des contacts auxiliaires fixes. inversement, quand l'élément mobile est en position ouverte, les contacts mobiles sont séparés des contacts fixes. Il existe différents types connus de blocs contacts auxiliaires, tel que contacts à fermeture (ou Normally Open), à ouverture (ou Normally Closed), contacts temporisés, etc.... D'ordinaire, la partie mobile de l'actionneur maítre est liée mécaniquement à l'élément mobile du ou des actionneurs esclaves de l'appareil interrupteur, de façon à pouvoir asservir mécaniquement le mouvement du ou des actionneurs esclaves avec celui de l'actionneur maítre. Cet asservissement mécanique peut générer les inconvénients cités précédemment. L'invention a donc pour but de remplacer cet asservissement mécanique par un asservissement électrique.
L'actionneur esclave comporte une unité de pilotage 22 électronique qui comporte des moyens de génération d'un ordre de pilotage 26 envoyé à l'élément mobile 20, permettant le déplacement de cet élément mobile 20 par rapport à l'élément fixe 25.
Selon un mode de réalisation préféré, l'actionneur esclave est un actionneur de type Voice-coil avec une bobine mobile 20 parcourue par un courant de commande 26 émis par l'unité de pilotage 22. La bobine mobile 20 est associée àun support fixe 25 incorporant un aimant permanent et un noyau en matériau magnétique. L'intensité et le sens du courant de commande 26 circulant la bobine mobile 20 permettent de fixer la vitesse et le sens du déplacement de la bobine 20 par rapport au support fixe 25. Un actionneur linéaire de type Voice-coil est particulièrement adapté pour de telles applications de contrôle/commande : course, effort et accélération importants, temps de réponse court, simplicité de la commande (régulation). Cependant, dans d'autres modes de réalisation équivalents, l'actionneur esclave pourrait être aussi un moteur de type brushless, un moteur pas àpas, un moteur linéaire, etc...
Dans une première phase dite de détermination de position, le dispositif de pilotage comprend des moyens de détermination de la position de la partie mobile 10 de l'actionneur maítre. Ces moyens de détermination fournissent un signal électrique 5 permettant de connaítre à tout moment et en temps réel la position de la partie mobile 10 durant tous les mouvements de fermeture et d'ouverture de l'actionneur maítre. Selon une première variante représentée en figure 1, ces moyens de détermination comportent un capteur 11 analogique capable de mesurer en temps réel la position de la partie mobile 10 et de fournir un signal 5 représentatif de cette position. Différents types de capteurs connus sont envisageables, tels que capteur àeffet Hall, capteur magnéto-résistif, capteur à courant de Foucault ou autres.
Selon une seconde variante préférée représentée en figure 2, les moyens de détermination ne comportent pas de capteur de position mais comportent une unité de traitement 12 dans l'appareil interrupteur. Cette unité de traitement 12 comprend par exemple un microcontrôleur ou microprocesseur, notamment un processeur de type DSP, et peut être implantée dans un circuit intégré, par exemple dans un composant ASIC, monté sur un circuit imprimé àl'intérieur de l'appareil interrupteur. L'actionneur maítre est dans ce cas un électroaimant et l'unité de traitement 12 dispose de moyens classiques de mesure de la tension U aux bornes de la bobine d'excitation 13 et de mesure de l'intensité du courant d'excitation I circulant dans la bobine 13. A partir des valeurs mesurées de la tension U et du courant I, après numérisation et échantillonnage, l'unité de traitement 12 de l'appareil interrupteur est capable de calculer à tout instant l'inductance H de la bobine d'excitation 13 et d'en déduire ensuite par calcul la position en temps réel de la partie mobile 10 de l'actionneur maítre par rapport à la partie fixe 15, selon un procédé décrit dans le document de l'application FR 02 00952. Une fréquence d'échantillonnage de l'ordre de 20 KHz ou plus donne des résultats satisfaisants dans le cadre de cette invention.
Selon d'autres variantes envisageables, l'unité de traitement 12 pourrait calculer d'autres grandeurs, comme par exemple le flux bobine, qui lui permettraient également de déterminer en temps réel la position de la partie mobile 10 de l'actionneur maítre.
Ainsi, les moyens de détermination fournissent un signal électrique 5 représentatif de la position de la partie mobile 10 de l'actionneur maítre, soit par une mesure directe, soit par calcul, suivant la variante choisie. Le signal 5 est donc soit un signal analogique, par exemple s'il provient d'un capteur, soit un signal numérique échantillonné. Une fréquence d'échantillonnage de l'ordre de 20 KHz ou plus donne des résultats satisfaisants dans le cadre de cette invention. Durant une seconde phase dite de transmission, ce signal électrique 5 est transmis en temps réel vers l'unité de pilotage 22 de chaque actionneur esclave associé à l'actionneur maítre par des moyens de transmission.
Dans une première alternative, les moyens de transmission comportent une simple liaison électrique entre les moyens de détermination et l'unité de pilotage 22. Dans une seconde alternative, d'autres supports de liaison peuvent être utilisés pour transmettre le signal 5, comme par exemple une liaison par fibre optique, une liaison sans fil utilisant le protocole Bluetooth ou autre. On peut alors utiliser une paire de convertisseurs permettant de transformer la technologie d'acheminement du signal 5 (par exemple : convertisseur électrique/optique à une extrémité de la liaison puis convertisseur optique/électrique àl'autre extrémité). Une liaison de type optique permet d'éviter d'éventuels risques de perturbations électromagnétiques du signal 5 sur de longues distances. Une liaison sans fil permet de déporter facilement le ou les actionneurs esclaves de l'actionneur maítre.
Grâce à l'invention, les moyens de transmission du signal 5 remplacent avantageusement les habituels moyens de liaison mécaniques existant entre actionneur maítre et actionneur(s) esclave(s), tout en conservant un temps de réponse satisfaisant entre l'apparition d'un mouvement effectué par la partie mobile 10 de l'actionneur maítre et sa reproduction par l'élément mobile 20 de l'actionneur esclave.
Une fois transmis, le signal 5 est utilisé comme entrée par les moyens de génération de l'unité électronique de pilotage 22 de l'actionneur esclave de façon àgénérer un ordre de pilotage 26 pour l'élément mobile 20, ce qui constitue une phase dite de génération. Si l'actionneur esclave est un actionneur de type Voice-coil, l'ordre de pilotage 26 correspond au courant de commande parcouru par la bobine mobile 20. La régulation de la position de l'élément mobile 20 est alors réalisée en boucle ouverte.
En outre, dans une phase optionnelle de régulation, le dispositif de pilotage peut comporter des moyens de détermination 21 de la position de l'élément mobile 20 par rapport à l'élément fixe 25. Ces moyens sont constitués par exemple d'un capteur de position 21. L'unité de pilotage 22 comporte alors des moyens de régulation qui utilisent le retour d'information émis par ces moyens de détermination 21 pour effectuer une régulation en boucle fermée de la position de l'élément mobile 20. Cette disposition permet d'obtenir une meilleure précision du positionnement de l'élément mobile 20 en fonction du signal 5. Préférentiellement, les moyens de génération et les moyens de régulation sont réalisés par programme à l'intérieur de l'unité électronique de pilotage 22, celle-ci comprenant par exemple un processeur de type DSP avec une fréquence d'échantillonnage d'au moins 20 kHz. De plus, il est évident que l'unité de pilotage 22 est capable de générer aisément les commandes correspondant à tous les types de contacts auxiliaires souhaités (NO, NC, temporisés, ... ).
Ainsi, grâce à l'invention, tout déplacement de la partie mobile 10 de l'actionneur maítre est détecté en permanence par les moyens de détermination 11,12 durant la phase de détermination, puis est envoyé via le signal 5 à l'unité de pilotage 22 de l'actionneur esclave durant la phase de transmission. L'unité 22 est capable alors, durant la phase de génération et de régulation, de commander l'élément mobile 20 de façon à asservir la position des contacts auxiliaires à la position des contacts principaux de l'appareil interrupteur et donc à reproduire fidèlement ce déplacement avec une dynamique équivalente à celle que l'on peut obtenir en utilisant une liaison mécanique classique entre la partie mobile 10 et l'élément mobile 20. Avantageusement, il est en particulier possible de prendre en compte toute évolution survenant dans le mouvement de l'actionneur maítre (tel que ralentissement ou blocage de la partie mobile 20) dans la commande de l'actionneur esclave. En effet, si le signal 5 ne fournissait que deux informations booléennes sur les positions ouverte/fermée de partie mobile 10 de l'actionneur maítre (par exemple à l'aide de deux capteurs Tout Ou Rien), alors on ne pourrait pas exécuter d'asservissement de position et l'on serait obligé d'attendre la position fermée (respectivement ouverte) de l'actionneur maítre avant de pouvoir envoyer un ordre de fermeture (respectivement d'ouverture) de l'actionneur esclave. Il s'en suivrait un retard dans la commande de l'actionneur esclave incompatible avec l'objectif de l'invention qui est de remplacer l'asservissement mécanique habituel. Toute anticipation de ce retard dans la commande de l'actionneur esclave serait gravement préjudiciable à la sécurité de fonctionnement (risque de fermeture ou d'ouverture de l'actionneur esclave avant l'actionneur maítre).
Par ailleurs, l'unité de pilotage électronique 22 peut effectuer diverses fonctions supplémentaires, comme une fonction retard, àla fermeture et/ou àl'ouverture, qui donne la possibilité de réintroduire volontairement un retard entre les mouvements de l'actionneur maítre et ceux du ou des actionneurs esclaves associés, suivant les applications souhaitées.
Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents.

Claims (17)

  1. Méthode de pilotage d'actionneur esclave pour un appareil électrique interrupteur comprenant un actionneur maítre doté d'une partie mobile (10) liée à des contacts principaux et au moins un actionneur électromagnétique esclave doté d'un élément mobile (20) lié à des contacts auxiliaires, caractérisée en ce que la méthode comporte une phase de détermination de la position de ladite partie mobile (10) de l'actionneur maítre, une phase de transmission d'un signal (5) représentatif de ladite position vers une unité de pilotage (22) de l'actionneur esclave, et une phase de génération par l'unité de pilotage (22) d'un ordre de pilotage (26) dudit élément mobile (20) de l'actionneur esclave en fonction dudit signal (5), permettant d'asservir la position dudit élément mobile (20) de l'actionneur esclave à la position de ladite partie mobile (10) de l'actionneur maítre.
  2. Méthode de pilotage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la détermination de la position de la partie mobile (10) de l'actionneur maítre est réalisée à l'aide d'un capteur de position (11 ) analogique.
  3. Méthode de pilotage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la détermination de la position de la partie mobile (10) de l'actionneur maítre est calculée dans une unité de traitement (12) de l'appareil interrupteur à partir d'une mesure de la tension et du courant circulant dans une bobine d'excitation (13) de l'actionneur maítre.
  4. Méthode de pilotage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la transmission du signal (5) est réalisée par une liaison électrique.
  5. Méthode de pilotage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la transmission du signal (5) est réalisée par une liaison sans fil.
  6. Méthode de pilotage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la transmission du signal (5) est réalisée par une liaison optique.
  7. Méthode de pilotage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une phase de régulation de la position de l'élément mobile (20) par l'unité de pilotage (22) durant laquelle on détermine la position de l'élément mobile (20) de l'actionneur esclave et on régule l'ordre de pilotage (26) en fonction de ladite mesure de position de l'élément mobile (20).
  8. Dispositif de pilotage d'actionneur esclave pour un appareil électrique interrupteur comprenant un actionneur maítre doté d'une partie mobile (10) liée à des contacts principaux et au moins un actionneur électromagnétique esclave doté d'un élément mobile (20) lié à des contacts auxiliaires, caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens de détermination de la position de ladite partie mobile (10) de l'actionneur maítre, des moyens de transmission d'un signal (5) représentatif de ladite position vers une unité de pilotage (22) de l'actionneur esclave, et des moyens de génération par l'unité de pilotage (22) d'un ordre de pilotage (26) dudit élément mobile (20) de l'actionneur esclave en fonction dudit signal (5), permettant d'asservir la position dudit élément mobile (20) de l'actionneur esclave à la position de ladite partie mobile (10) de l'actionneur maítre.
  9. Dispositif de pilotage selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de détermination de la position de la partie mobile (10) de l'actionneur maítre comportent un capteur de position (11) analogique.
  10. Dispositif de pilotage selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de détermination de la position de la partie mobile (10) de l'actionneur maítre comportent une unité de traitement (12) dans l'appareil interrupteur capable de calculer ladite position à partir de la mesure de la tension et du courant circulant dans une bobine d'excitation (13) de l'actionneur maítre.
  11. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les moyens de transmission du signal (5) comportent une liaison électrique entre l'actionneur maítre et l'actionneur esclave.
  12. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les moyens de transmission du signal (5) intègrent une liaison sans fil entre l'actionneur maítre et l'actionneur esclave.
  13. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les moyens de transmission du signal (5) intègrent une liaison optique entre l'actionneur maítre et l'actionneur esclave.
  14. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que l'actionneur esclave est choisi parmi une liste comprenant un actionneur de type Voice-coil, de type moteur brushless, de type moteur pas à pas, de type moteur linéaire.
  15. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de détermination de la position de l'élément mobile (20) de l'actionneur esclave et par le fait que l'unité de pilotage (22) comporte des moyens de régulation de l'actionneur esclave en fonction de ladite position de l'élément mobile (20).
  16. Appareil électrique interrupteur comprenant un actionneur maítre doté d'une partie mobile (10) liée à des contacts principaux et au moins un actionneur électromagnétique esclave doté d'un élément mobile (20) lié à des contacts auxiliaires, caractérisé en ce que l'appareil interrupteur comporte un dispositif de commande selon l'une des revendications 8 à 15 permettant d'asservir les contacts auxiliaires de l'actionneur esclave aux contacts principaux de l'actionneur maítre.
  17. Appareil électrique interrupteur selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'au moins un des actionneurs esclaves est distant de l'actionneur maítre.
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