EP4088294B1

EP4088294B1 - Interrupteur sécurisé

Info

Publication number: EP4088294B1
Application number: EP20719471.3A
Authority: EP
Inventors: Guillaume Pressouyre; Patrick Sauvage; Denis Sabatier
Original assignee: Clearsy
Current assignee: Clearsy
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2024-04-24
Anticipated expiration: 2040-04-23
Also published as: FR3095548B1; US11657994B2; EP4088294A1; FR3095548A1; ES2983669T3; CA3133328A1; WO2020216825A1; US20220208493A1

Description

La présente invention se rapporte à un interrupteur sécurisé et, plus généralement, au domaine des appareils de commutation électrique.
On connaît des appareils de commutation électriques sécurisés, tels que des interrupteurs à base de relais, qui sont utilisés pour autoriser ou, en alternance, interrompre la circulation d'un courant électrique dans un circuit électrique.
Sont notamment connus des appareils de commutation contenant un ou plusieurs relais électromécaniques dont des contacts sont connectés entre eux en série pour former un circuit électrique d'interruption, dit chaîne de sécurité, qui sert par exemple pour raccorder électriquement une charge électrique à une source électrique.
La chaîne de sécurité est commutable, en fonction de l'état des relais, entre un état bloquant, dans laquelle au moins un des contacts est ouvert pour empêcher la circulation d'un courant électrique, et un état passant, dans laquelle tous les contacts sont fermés pour autoriser la circulation du courant.
De tels appareils sont généralement utilisés dans des systèmes de contrôle-commande, par exemple pour le pilotage d'installations ferroviaires ou d'équipements ferroviaires, et doivent répondre à des exigences de sécurité et de fiabilité élevées.
Un tel appareil doit être en mesure de garantir qu'en l'absence d'un signal de commande, la chaîne de sécurité soit commutée vers un état ouvert, et donc que la charge électrique ne puisse pas être alimentée. En particulier, un tel appareil doit garantir que la chaîne de sécurité ne puisse pas rester dans un état passant en cas de défaillance, par exemple suite au maintien accidentel d'un des contacts dans l'état fermé.
On connaît par exemple des relais de sécurité dits intrinsèques, dans lesquels, lorsque le relais n'est plus alimenté, les contacts électriques de la chaîne de sécurité s'ouvrent sous l'effet de la gravité, tels que les relais NS1 définis dans la norme NF 70-030. Ces relais ont cependant pour inconvénient d'être lourds et volumineux. Ils doivent en outre être installés avec une orientation particulière en fonction du sens de la pesanteur terrestre. Leur utilisation s'en trouve donc compliquée. Ces relais sont également difficiles à miniaturiser, ce qui peut être un frein à leur utilisation dans certaines applications.
D'autre part, on connaît des dispositifs contenant deux relais électromécaniques à contacts guidés pilotés par une unité de commande électronique qui mesure en permanence l'état de chacun des deux contacts. Si l'un de ces contacts reste fermé alors que le relais correspondant n'est pas commandé, alors l'unité de contrôle le détecte et empêche l'excitation de l'autre relais afin de maintenir la chaîne de sécurité dans son état bloquant.
Un tel dispositif a cependant pour inconvénient de nécessiter une unité de commande électronique dédiée pour mesurer l'état des relais ce qui, en plus d'être coûteux et de compliquer l'installation et le fonctionnement du dispositif, nécessite de fournir en permanence une alimentation en énergie.
DE 35 41 338 A1 divulgue un interrupteur selon le préambule de la revendication 1.
Enfin, DE 44 41 171 C1 décrit un appareil de commutation contenant des relais électromécaniques interconnectés entre eux. Toutefois, le fonctionnement de cet appareil n'est pas satisfaisant dans certaines circonstances, notamment en ce qui concerne l'ordre de commutation des relais lors d'un changement d'état.
C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un interrupteur sécurisé pour l'alimentation d'appareils électriques de conception simplifiée et qui assure, de façon sécurisée, l'ouverture d'un circuit électrique en cas de défaillance.
A cet effet, un aspect de l'invention concerne un interrupteur tel que défini à la revendication 1.
Grâce à l'invention, le circuit d'interconnexion conditionne l'alimentation de l'électroaimant de chaque relais en fonction de l'état occupé par l'autre relais, ce qui assure, de façon intrinsèque, un contrôle de l'état des contacts du circuit d'interruption, sans avoir besoin d'une unité de commande électronique.
Ainsi, si l'un des deux contacts électriques du circuit d'interruption subit une défaillance et que le relais auquel il appartient est dans un état anormal, l'autre relais ne pourra pas être excité, ce qui permet de maintenir l'autre contact électrique du circuit d'interruption à l'état ouvert.
Cette sécurité intrinsèque est ici assurée sans faire appel à la pesanteur terrestre, ce qui permet de réduire la complexité mécanique et la taille de l'interrupteur par rapport aux relais intrinsèques connus. De plus, l'interrupteur n'est pas tributaire de la pesanteur terrestre et peut donc être installé sans contrainte d'orientation.
De plus, la configuration du circuit d'interconnexion permet de garantir que l'ouverture ou la fermeture des relais se fasse avec un séquencement spécifique défini à l'avance, notamment pour éviter que la chaîne de sécurité soit dans l'état passant alors qu'elle ne devrait pas l'être.
Des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention sont énoncés aux autres revendications.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, d'un mode de réalisation d'un interrupteur donné uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

[Fig 1] la figure 1 représente, de façon schématique, un interrupteur conforme à des modes de réalisation de l'invention ;
[Fig 2] la figure 2 représente, de façon schématique, le schéma électrique équivalent de l'interrupteur de la figure 1, dans un premier état au cours de son fonctionnement ;
[Fig 3] la figure 3 représente, de façon schématique, le schéma électrique équivalent de l'interrupteur de la figure 1, dans un deuxième état au cours de son fonctionnement ;
[Fig 4] la figure 4 représente, de façon schématique, le schéma électrique équivalent de l'interrupteur de la figure 1, dans un troisième état au cours de son fonctionnement ;
[Fig 5] la figure 5 représente, de façon schématique, le schéma électrique équivalent de l'interrupteur de la figure 1, dans un quatrième état au cours de son fonctionnement.

La figure 1 représente un interrupteur 1 sécurisé, qui comporte un circuit d'interruption 2, aussi nommé chaîne de sécurité.
Par exemple, le circuit 2 est destiné à être connecté à un circuit électrique, par exemple un appareil électrique à une source d'alimentation électrique. A cet effet, le circuit 2 est pourvu de terminaux de connexion 22.
Le circuit 2 est commutable, de façon sélective et réversible, entre un état bloquant, qui empêche la circulation d'un courant électrique au travers du circuit 2, et un état passant, qui autorise la circulation d'un courant électrique au travers du circuit 2.
Cette commutation est ici commandée en fournissant un signal de commande sur des électrodes de commande de l'interrupteur 1, qui portent ici les références 131 et 132.
En l'absence de signal de commande, l'interrupteur 1 reste dans l'état bloquant et en présence d'un signal de commande, l'interrupteur 1 commute vers l'état passant.
Dans cet exemple, le signal de commande est une tension électrique, notée Vcc, appliquée entre les électrodes 131 et 132.
A titre d'exemple illustratif, la tension électrique Vcc est une tension continue, d'amplitude supérieure ou égale à 24 V et inférieure ou égale à 110 V.
L'interrupteur 1 est configuré pour garantir une commutation sécurisée du circuit 2 entre ses états bloquant et passant, en particulier pour éviter que le circuit 2 ne reste dans l'état passant alors qu'aucun signal de commande n'est appliqué sur l'interrupteur 1.
De préférence, l'interrupteur 1 présente un niveau élevé de sécurité, par exemple de niveau « SIL 4 » sur l'échelle de sécurité dite « Safety Integrity Level » telle que définie par la norme IEC 61508 de la Commission Electrotechnique Internationale ou par la norme EN 50129.
L'interrupteur 1 est de préférence destiné à être utilisé dans un système de contrôle-commande, par exemple dans le domaine ferroviaire. Selon des variantes, l'interrupteur 1 peut également être utilisé dans un circuit de puissance pour commander l'alimentation électrique d'un appareil électrique.
A titre d'exemple illustratif et non nécessairement limitatif, le circuit 2 est adapté pour recevoir, entre ses bornes 22, un signal électrique continu présentant une tension électrique inférieure ou égale à 110 Volts et un courant électrique inférieur ou égal à 3,5 A.
Comme illustré sur l'exemple de la figure 1, l'interrupteur 1 comporte un premier relais électromécanique 10, un deuxième relais électromécanique 11 et un circuit d'interconnexion 13 qui connecte les relais 10 et 11 entre eux comme expliqué dans ce qui suit.
Avantageusement, l'interrupteur 1 comporte également un boîtier extérieur, non illustré, par exemple réalisé en matière plastique, et à l'intérieur duquel sont logés les constituants de l'interrupteur 1. A titre d'exemple illustratif, le boîtier peut présenter une forme de pavé avec des dimensions par exemple égales à 12cm x 9 cm x 2cm.
Le relais 10 comporte un électroaimant 101 et des contacts électriques mobiles 102, 103, 104 et 105 couplés avec l'électroaimant 101. Chacun des contacts 102, 103, 104 et 105 est commutable entre un état ouvert et un état fermé.
Dans cet exemple, le contact 102 est de type « normalement fermé », alors que les contacts 103, 104 et 105 sont de type « normalement ouvert ».
La commutation est réalisée au moyen de l'électroaimant 101, aussi nommé bobine 101 dans ce qui suit, qui exerce une force électromagnétique sur les contacts 102, 103, 104 et 105 lorsqu'il est alimenté électriquement.
Lorsque l'électroaimant 101 n'est pas alimenté, le relais 10 reste dans un état inactif, aussi dit état de repos, et les contacts 102, 103, 104 et 105 restent dans un état de repos correspondant. Ici, dans l'état de repos, le contact 102 de type « normalement fermé » reste fermé, tandis que les contacts 103, 104 et 105 restent ouverts. A la figure 1, le relais 10 est illustré dans son état inactif.
Lorsque l'électroaimant 101 est alimenté électriquement, ici par le signal de commande, alors les contacts 102, 103, 104 et 105 commutent vers leur état opposé. Ici, le contact 102 s'ouvre, tandis que les contacts 103, 104 et 105 se ferment. Le relais 10 est dit être activé ou excité. Tant que l'électroaimant 101 est alimenté, les contacts 102, 103, 104 et 105 sont maintenus dans cet état et le relais 10 reste excité.
Le relais 10 est ici un relais électromécanique à contacts guidés, c'est-à-dire que les contacts 102, 103, 104 et 105 sont couplés mécaniquement entre eux. Un tel relais à contacts guidés est par exemple décrit par la norme NF EN 50205.
Ainsi, si un des contacts 102, 103, 104 et 105 reste accidentellement bloqué dans un état donné, quel que soit l'état de l'électroaimant 101, alors les autres contacts 102, 103, 104 et 105 sont maintenus bloqués dans un état correspondant. Par exemple, si le contact 102 reste bloqué dans l'état ouvert même en l'absence d'excitation de l'électroaimant 101, alors les contacts 103, 104 et 105 restent dans l'état fermé. Le relais 10 reste alors bloqué dans l'état excité. En d'autres termes, les contacts d'un tel relais ne peuvent pas commuter entre leurs états ouvert et fermé indépendamment les uns des autres.
De façon analogue, le relais 11 comporte un électroaimant 111 et des contacts électriques mobiles 112, 113 et 114 couplés à l'électroaimant 111. Chacun des contacts 112, 113 et 114 est commutable entre un état ouvert et un état fermé au moyen de l'électroaimant 111. Dans cet exemple, le contact 112 est de type « normalement fermé », alors que les contacts 113 et 114 sont de type « normalement ouvert ». Sur la figure 1, le relais 11 est illustré dans son état inactif. Le relais 11 est également un relais électromécanique à contacts guidés.
Les contacts 105 et 114 sont connectés électriquement en série entre eux pour former le circuit d'interruption 2. Ainsi, le circuit 2 est dans l'état bloquant lorsqu'au moins un des contacts 105 et 114 est ouvert, et se trouve dans l'état passant uniquement lorsque les deux contacts 105 et 114 sont fermés.
Avantageusement, les relais 10 et 11 appartiennent à des séries de fabrication différentes et/ou proviennent de constructeurs différents. Cela réduit considérablement le risque que les relais 10 et 11 soient tous deux affectés simultanément par un même défaut de fabrication susceptible de compromettre leur fonctionnement.
De préférence, le relais 10 comporte un boîtier à l'intérieur duquel sont logés l'électroaimant 101 et les contacts 102, 103, 104 et 105. De même, le relais 11 comporte un boîtier à l'intérieur duquel sont logés l'électroaimant 111 et les contacts 112, 113 et 114.
En variante, l'interrupteur 1 peut en outre comporter un ou plusieurs circuits d'interruption additionnels, analogues au circuit d'interruption 2. Par exemple, les relais 10 et 11 peuvent comporter des contacts mobiles supplémentaires, de type « normalement ouvert », qui sont couplés mécaniquement avec les contacts 102, 103, 104, 105 ou 112, 113 et 114, respectivement. Chaque circuit d'interruption additionnel peut comporter un contact supplémentaire du premier relais 10 et un contact supplémentaire du deuxième relais 11, connectés électriquement en série. Ce qui est décrit en référence au circuit d'interruption 2 s'applique donc également à ces circuits d'interruption additionnels.
Selon une autre variante, les relais 10 et 11 peuvent comporter des contacts supplémentaires, qui ne sont pas connectés au circuit d'interconnexion 13 ni au circuit d'interruption 2.
Avantageusement, l'interrupteur 1 comporte en outre une résistance 14 connectée en série entre l'électroaimant 111 et le contact 113 du deuxième relais 11. Selon des exemples, la résistance 14 est une résistance bobinée, bien qu'en variante d'autres implémentations sont possibles.
Par exemple, la résistance 14 forme un pont diviseur de tension qui permet d'abaisser la tension électrique présente entre les bornes de la réserve d'énergie 12 lorsque celle-ci est dans une configuration de chargement, par exemple lorsque les contacts 104 et 113 sont fermés et que la tension de commande Vcc est appliquée entre les bornes 131 et 132.
L'interrupteur 1 comporte avantageusement une réserve d'énergie rechargeable 12, dont le rôle est décrit plus en détail dans ce qui suit. Par exemple, la réserve d'énergie 12 est un condensateur.
De préférence, l'électroaimant 101 du premier relais 10 présente une tension de commande différente de la tension de commande de l'électroaimant 111 du deuxième relais 11.
L'expression « tension de commande » désigne ici la tension électrique qu'il est nécessaire d'appliquer aux bornes de l'électroaimant pour exciter le relais. En d'autres termes, le relais n'est pas excité si une tension inférieure à la tension de commande est appliquée entre les bornes de l'électroaimant.
De préférence, la tension de commande de l'électroaimant 101 du premier relais 10 est supérieure à la tension de commande de l'électroaimant 111 du deuxième relais 11, de préférence encore supérieure à deux fois la tension de commande de l'électroaimant 111.
Par exemple, la tension de commande de l'électroaimant 101 du premier relais 10 est égale à 24 Volts. La tension de commande de l'électroaimant 111 du deuxième relais 11 est égale à 6 Volts.
Avantageusement, la réserve d'énergie 12 est dimensionnée pour que, une fois les relais 10 et 11 sont excités, la tension électrique qu'elle délivre en se déchargeant soit strictement inférieure à la tension de commande de l'électroaimant 101 du premier relais 10 tout en étant supérieure à la tension de commande de l'électroaimant 111 du deuxième relais 11.
De préférence, la quantité d'énergie stockable par la réserve d'énergie, notée E, est supérieure ou égale à la quantité d'énergie, notée Emin, qui est nécessaire pour alimenter le deuxième électroaimant 111 de sorte à commuter le deuxième relais 11 de l'état inactif vers l'état excité. Par exemple, la quantité d'énergie E est supérieure ou égale à la quantité d'énergie Emin et est inférieure ou égale à 1,5 x Emin, ou inférieure ou égale à 1,2 x Emin.
A titre d'exemple illustratif, la réserve d'énergie 12 est un condensateur de capacité égale à 47 µF. L'électroaimant 111 présente ici une résistance égale à 500 Ω.
Le circuit d'interconnexion 13 connecte les relais 10 et 11 entre eux et, plus précisément, raccorde les électroaimants 101, 111 et les contacts 102, 103, 104, 112, 113 entre eux comme décrit ci-après. Le circuit d'interconnexion 13 raccorde en outre la réserve d'énergie 12 aux relais 10 et 11.
De préférence, le circuit 13 est isolé électriquement du circuit d'interruption 2.
Par exemple, le circuit 13 comporte un substrat sur lequel sont ménagées des pistes électriquement conductrices. Les relais 10 et 11 sont montés sur ce substrat et des électrodes correspondant aux électroaimants 101, 111 et aux contacts correspondants sont connectés à ces pistes électriquement conductrices.
En variante, le circuit 13 peut être réalisé au moyen de câbles pour connecter les relais 10 et 11.
Dans cet exemple, le circuit 13 comporte les électrodes de commande 131 et 132. En variante, le circuit 13 peut comporter d'autres électrodes de commande, par exemple une paire d'électrodes de commande dédiée à chacun des électroaimants 101 et 111 et destinés à recevoir un même signal de commande pour commander l'interrupteur 1.
La figure 2 représente le schéma électrique de l'interrupteur 1 lorsque le circuit 13 connecte les relais 10 et 11 et que les relais 10 et 11 sont inactifs.
Dans cet exemple, le premier électroaimant 101 est relié aux électrodes de commande 131, 132 par l'intermédiaire du contact 112 et du contact 103. Plus précisément, le contact 103 et le contact 112 sont connectés en parallèle l'un par rapport à l'autre. Le contact 103 et le contact 112 sont connectés tous deux entre l'électrode 132 et une première borne de l'électroaimant 101. Une deuxième borne de l'électroaimant 101 est connectée à l'autre électrode 131.
De cette manière, la connexion de l'électroaimant 101 aux électrodes de commande 131, 132 est conditionnée par l'état du deuxième relais 11.
Le deuxième électroaimant 111 est ici relié aux électrodes de commande 131, 132 par l'intermédiaire des contacts 102, 104 et 103 pour connecter ou, en alternance, déconnecter le deuxième électroaimant 111 des électrodes de commande 131, 132 en fonction de l'état du premier relais 10.
En outre, la réserve d'énergie 12 est connectée aux électrodes 131, 132 et au deuxième électroaimant 111 par l'intermédiaire des contacts 102 et 104.
Le circuit 13 est ainsi agencé pour que les contacts 102 et 104 :

autorisent le chargement de la réserve d'énergie 12 depuis les électrodes de commande 131, 132 lorsque le contact 105 est ouvert, et
autorisent le déchargement de la réserve d'énergie 12 dans le deuxième électroaimant 111 lorsque le premier contact 105 est fermé.

A cet effet, le contact 104 relie une borne du deuxième électroaimant 111 à une première borne de la réserve d'énergie 12. Une deuxième borne de la réserve d'énergie 12 et l'autre borne de l'électroaimant 111 sont ici connectées à l'électrode 131. Le contact 102 relie la première borne de la réserve d'énergie 12 à une première borne de l'électroaimant 101 à laquelle sont connectés les contacts 103 et 112.
Ainsi, la réserve d'énergie 12 ne peut être connectée à l'électrode 132 que par les contacts 102 ou 104.
Le deuxième électroaimant 111 est en outre relié à l'électrode de commande 132 par l'intermédiaire du contact 113 du deuxième relais 11.
Grâce à la configuration du circuit 13, lorsqu'un signal de commande est reçu sur les électrodes de commande 131, 132, les relais 10 et 11 sont commutés séquentiellement l'un après l'autre vers leur état actif.
La commutation est toutefois empêchée si l'un des relais 10, 11 se trouve initialement dans un état anormal, par exemple parce que l'un des contacts 105 ou 114 est collé dans l'état fermé. Le circuit 2 reste alors dans la configuration bloquée, ce qui garantit que le circuit d'interruption de l'interrupteur 1 reste à l'état ouvert.
La connexion des électroaimants 101 et 111 à l'électrode 132 par les contacts, respectivement, 103 et 113 permet d'assurer un maintien dans l'état excité du relais 10, 11 correspondant une fois que ce relais a basculé dans l'état excité et tant qu'un signal de commande est présent.
De plus, lorsque le signal de commande cesse d'être reçu sur les électrodes 131, 132, si l'un des contacts 105 ou 114 reste bloqué dans l'état fermé, alors la commutation de l'autre contact 105, 114 est empêchée.
Ainsi, une défaillance de fonctionnement de l'un ou de l'autre des contacts 105, 114, par exemple suite à un collage dans l'état fermé causé par une fusion partielle du contact, entraîne une commutation du circuit 2 dans l'état bloquant. Cela permet de maintenir l'interrupteur 1 dans un état sécurisé.
Au contraire, si le signal de commande reçu sur les électrodes 131, 132 était directement appliqué simultanément sur les électroaimants 101 et 111 sans que ceux-ci ne soient conditionnés par les contacts des différents relais 10 et 11, alors la commutation des relais 10 et 11 serait simultanée quel que soit l'état de l'un ou de l'autre relais 10, 11.
Grâce à l'invention, lors de la commutation de l'interrupteur 1, le contrôle de l'état des contacts 105, 114 est réalisé de façon intrinsèque, sans faire appel à une unité de commande électronique extérieure, et sans non plus faire appel à un dispositif mécanique tributaire de la gravitation terrestre pour son fonctionnement.
De plus, les relais 10 et 11 subissent une usure différente du fait de la séquence de commutation choisie. Par exemple, le deuxième relais 11 tend à s'user plus rapidement que le premier relais 10 du fait qu'il subit des appels de courant plus fréquemment que le premier relais 10 notamment lors de la séquence de fermeture de la chaîne de sécurité. Cette usure différenciée permet d'éviter une que les deux relais 10 et 11 subissent une défaillance simultanée provenant d'une même cause d'usure.
Selon une variante non illustrée, le deuxième électroaimant 111 peut être connecté à des deuxièmes électrodes de commande. Par exemple, le contact 113 peut relier l'électroaimant 111 à une deuxième électrode distincte de l'électrode 132. Le contact 102 peut également relier la première borne de la réserve d'énergie 12 à cette deuxième électrode. Le signal de commande est alors appliqué à la fois sur ces deuxièmes électrodes de commande et sur les électrodes 131 et 132.
Un exemple de fonctionnement de l'interrupteur 1 est maintenant décrit, en référence aux figures 2 à 5. Dans cet exemple, le circuit 2 est commuté depuis l'état bloquant vers l'état passant en réponse à un signal de commande.
Comme illustré par la figure 2, les relais 10 et 11 sont initialement inactifs. Les contacts 102 et 112 sont dans l'état fermé, alors que les contacts 103, 104, 105, 113, 114 sont dans l'état ouvert. Aucun signal de commande n'est appliqué entre les électrodes 131, 132. Les contacts 105, 114 sont dans l'état ouvert et le circuit 2 est donc dans un état bloquant.
A ce stade, la réserve d'énergie 12 n'est pas en mesure d'alimenter la bobine 101 pour activer le premier relais, notamment car la tension maximale que peut délivrer la réserve d'énergie 12 est inférieure à la tension de commande de la bobine 101. De plus, en pratique, la réserve d'énergie 12 est généralement vide ou partiellement déchargée à ce stade.
La réserve d'énergie 12 peut alors se décharger dans la bobine 101 sans pour autant arriver à changer l'état du relais 10, puisqu'elle ne peut pas fournir assez d'énergie.
Comme illustré à la figure 3, un signal de commande, tel qu'une tension électrique Vcc, est appliqué entre les électrodes 131 et 132.
D'une part, la réserve d'énergie 12 est raccordée à l'électrode 132 par l'intermédiaire des contacts 102 et 112 qui sont tous deux dans l'état fermé. Elle est donc rechargée à partir d'une fraction de la tension électrique Vcc.En parallèle, l'électroaimant 101 est raccordé à l'électrode 132 par l'intermédiaire du contact 112. A ce stade, le contact 112 est dans l'état fermé et le contact 103 est dans l'état ouvert.
Dans l'exemple de la figure 3, la tension électrique appliquée entre les bornes de la réserve d'énergie 12 est égale à la tension électrique appliquée entre les bornes du premier électroaimant 101. Cette tension électrique est, par exemple, supérieure à la tension de commande du premier électroaimant 101.
Comme la bobine 101 est alimentée avec une tension supérieure à sa tension de commande, le relais 10 est excité. Par exemple, la bobine 101 génère une force électromagnétique qui entraîne la commutation des contacts 102, 103, 104 et 105.
Ainsi, comme illustré à la figure 4, le relais 10 commute vers l'état excité. Le contact 102 s'ouvre et les contacts 103, 104 et 105 se ferment. La flèche F1 illustre la fermeture du contact 105.
En pratique, cette commutation n'est pas instantanée mais se produit à l'issue d'un premier temps de commutation, par exemple inférieur ou égal à 100ms.
A ce stade, le signal de commande est maintenu sur les électrodes 131, 132. Le circuit 2 est toujours dans un état bloquant, ce qui empêche la circulation du courant au travers du circuit 2.
L'électroaimant 101 continue à être alimenté, cette fois par l'intermédiaire du contact 103 qui est fermé. Cela permet d'assurer le maintien du relais 10 dans l'état excité tant que le signal de commande est fourni à l'interrupteur 1.
Cependant, du fait de la nouvelle configuration des contacts 103, 104 et 102 à l'issue de la commutation du relais 10, la réserve d'énergie 12 n'est plus connectée à l'électrode 132 et donc n'est plus rechargée électriquement à partir de la tension Vcc. En effet, le contact 102 est désormais dans l'état ouvert et le contact 113 est toujours dans l'état ouvert.
En revanche, comme le contact 104 est fermé, l'électroaimant 111 se trouve connecté avec la réserve d'énergie 12, ce qui permet à la réserve d'énergie 12 de se décharger dans l'électroaimant 111 pour alimenter électriquement ce dernier.
De cette manière, comme la tension fournie par la réserve d'énergie 12 est supérieure à la tension de commande de l'électroaimant 111, l'électroaimant 111 déclenche la commutation du relais 11 vers l'état excité, comme illustré à la figure 5. Le contact 112 s'ouvre et les contacts 113 et 114 se ferment. La flèche F2 illustre la fermeture du contact 114.
En pratique, cette commutation n'est pas instantanée mais se produit à l'issue d'un deuxième temps de commutation, par exemple inférieur ou égal à 100ms.
Ainsi, le circuit 2 commute vers l'état passant, autorisant ainsi la circulation d'un courant électrique.
A l'issue de cette commutation, l'électroaimant 111 continue à être alimenté, cette fois par l'intermédiaire du contact 113 qui est fermé. Cela permet d'assurer le maintien du relais 11 dans l'état excité tant que le signal de commande est fourni à l'interrupteur 1.
De plus, grâce à la résistance 14, la tension électrique appliquée aux bornes de la réserve d'énergie 12 est diminuée pour atteindre une tension de maintien avec une valeur prédéfinie, choisie pour garantir que seule une faible quantité d'énergie soit effectivement stockée dans la réserve d'énergie 12. Cela permet, entre autres, de garantir une commutation rapide du relais 11 lorsque le signal de commande est interrompu, puisque la réserve d'énergie 12 ne sera pas en mesure de maintenir trop longtemps le relais 11 dans l'état excité.
Lorsque le signal de commande est interrompu, les électroaimants 101 et 111 cessent d'être alimentés. Les relais 10 et 11 retournent dans leur état inactif. Les contacts 102, 112 se referment, alors que les contacts 103, 104, 105, 113 et 114 se rouvrent. Le circuit 2 commute alors vers l'état bloquant.
Même si la réserve d'énergie 12 peut transitoirement se trouver connectée à l'électroaimant 111 lorsque les relais 10 et 11 retournent dans leur état inactif, elle ne contient pas suffisamment d'énergie pour exciter à nouveau le relais 11.
De plus, la réserve d'énergie 12 est tout autant incapable d'exciter le relais 10 à la fin de la commutation, car bien qu'étant connectée à l'électroaimant 101 par l'intermédiaire du relais 102, qui retrouve son état fermé une fois le relais 10 redevenu inactif, la tension fournie par la réserve d'énergie 12 reste inférieure à la tension de commande nécessaire pour exciter l'électroaimant 101.
Le fonctionnement de l'interrupteur 1 est dit être « sécurisé » en ce qu'il garantit que le circuit 2 ne peut pas basculer dans l'état passant si l'un des contacts 105 ou 114 reste collé dans l'état fermé lorsque le signal de commande est absent.
En particulier, dans cet exemple, si le contact 105 est initialement anormalement collé dans son état fermé, alors le contact 114 ne peut pas être fermé lorsqu'un signal de commande est ensuite appliqué. En effet, comme les contacts du relais 10 sont couplés entre eux, alors les contacts 104 et 103 sont fermés et le contact 102 est ouvert lorsque le contact 105 est fermé, même en l'absence d'alimentation de l'électroaimant 101. Dans ce cas, l'électroaimant 111 est déconnecté de l'électrode 132, car les contacts 102 et 113 sont ouverts. L'électroaimant 111 est uniquement connecté à la réserve d'énergie 12 qui ne contient à ce stade pas d'énergie suffisante pour commuter le relais 11. L'électroaimant 111 ne peut donc pas être excité et donc le relais 11 ne peut pas être commuté vers l'état excité. Le circuit 2 reste dans l'état bloquant.
Dans le cas où c'est le contact 114 qui est initialement anormalement collé dans son état fermé, alors le contact 105 ne peut pas être fermé lorsqu'un signal de commande est ensuite appliqué. En effet, comme les contacts du relais 11 sont couplés entre eux, alors le contact 113 est fermé et le contact 112 est ouvert lorsque le contact 114 est fermé, même en l'absence d'alimentation de l'électroaimant 111. Dans ce cas, l'électroaimant 101 est déconnecté de l'électrode 132, car les contacts 112 et 103 sont ouverts. L'électroaimant 101 ne peut donc pas être excité et donc le relais 10 ne peut pas être commuté vers l'état excité. Le circuit 2 reste dans l'état bloquant.
Une telle défaillance de l'interrupteur 1 conduit donc au maintien du circuit 2 dans une configuration sécuritaire.
La probabilité de défaillance simultanée des contacts 105 et 114 est ici extrêmement faible, par exemple inférieure à 10^-9 occurrence par heure, ce qui garantit un bon niveau de sécurité de l'interrupteur 1.
Les modes de réalisation et les variantes envisagés ci-dessus peuvent être combinés entre eux pour générer de nouveaux modes de réalisation.

Claims

Interrupteur (1), comportant :
- un premier relais électromécanique (10) à contacts guidés comprenant un premier électroaimant (101) et une pluralité de contacts électriques (102, 103, 104, 105) ;

- un deuxième relais électromécanique (11) à contacts guidés comprenant un deuxième électroaimant (111) et une pluralité de contacts électriques (112, 113, 114), un premier contact électrique (105) du premier relais et un premier contact électrique (114) du deuxième relais étant connectés électriquement en série entre des bornes (22) de l'interrupteur (1) ;

- une réserve d'énergie (12) rechargeable ;

- un circuit d'interconnexion (13) qui raccorde au moins une partie des autres contacts électriques (102, 103, 104, 112, 113) des premier et deuxième relais (10, 11),
caractérisé en ce que :
- le premier électroaimant (101) est raccordé à des électrodes de commande (131, 132) de l'interrupteur (1) par l'intermédiaire de deuxièmes contacts électriques (112) du deuxième relais (11) et de deuxièmes contacts électriques (103) du premier relais (10) pour conditionner la connexion du premier électroaimant aux électrodes de commande (131, 132) à l'état du deuxième relais (11) ;

- le deuxième électroaimant (111) est raccordé aux électrodes de commande (131, 132) par l'intermédiaire de troisième et quatrième contacts électriques (102, 104) du premier relais (10) et desdits deuxièmes contacts électriques (103, 112) pour connecter ou, en alternance, déconnecter le deuxième électroaimant (111) des électrodes de commande (131, 132) en fonction de l'état du premier relais, le troisième contact (102) étant un contact normalement fermé connecté entre la réserve d'énergie (12) et le premier électroaimant (101), le quatrième contact (104) étant un contact normalement ouvert connecté entre la réserve d'énergie (12) et le deuxième électroaimant (111) ; et

- le deuxième électroaimant (111) est en outre relié à l'une des électrodes de commande (131, 132) par l'intermédiaire d'un troisième contact (113) du deuxième relais (11), ce troisième contact (113) étant un contact normalement ouvert.
Interrupteur selon la revendication 1, dans lequel la tension de commande du premier électroaimant (101) est différente de la tension de commande du deuxième électroaimant (111).
Interrupteur selon la revendication 2, dans lequel la tension de commande du premier électroaimant (101) est supérieure à la tension de commande du deuxième électroaimant (111), de préférence supérieure à deux fois la tension de commande du deuxième électroaimant (111).
Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième contact (103) du premier relais (10) et le deuxième contact (112) du deuxième relais (11) sont connectés en parallèle entre eux, le deuxième contact (103) du premier relais (10) étant un contact normalement ouvert, le deuxième contact (112) du deuxième relais (11) étant un contact normalement fermé.
Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, lequel comporte une résistance (14) électrique connectée au deuxième électroaimant (111) et configurée pour abaisser la tension électrique aux bornes de la réserve d'énergie (12) lorsque celle-ci est dans une configuration de chargement.
Interrupteur selon la revendication 5, dans lequel la résistance (14) est connectée en série entre le deuxième électroaimant (111) et le troisième contact (113) du deuxième relais (11).
Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la réserve d'énergie (12) est un condensateur.
Interrupteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la quantité d'énergie stockable par la réserve d'énergie (12) est supérieure ou égale à la quantité d'énergie nécessaire pour alimenter le deuxième électroaimant (111) afin de commuter le deuxième relais (11) vers un état excité.