EP4495970A1 - Procédé de protection d'un contacteur et contacteur associé - Google Patents

Procédé de protection d'un contacteur et contacteur associé Download PDF

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EP4495970A1
EP4495970A1 EP24188430.3A EP24188430A EP4495970A1 EP 4495970 A1 EP4495970 A1 EP 4495970A1 EP 24188430 A EP24188430 A EP 24188430A EP 4495970 A1 EP4495970 A1 EP 4495970A1
Authority
EP
European Patent Office
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contactor
voltage
connection point
switch
secondary switch
Prior art date
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Granted
Application number
EP24188430.3A
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German (de)
English (en)
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EP4495970B1 (fr
Inventor
Vivien Moliton
Jean-Philippe PIHUIT
Simon Tian
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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Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Industries SAS filed Critical Schneider Electric Industries SAS
Publication of EP4495970A1 publication Critical patent/EP4495970A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP4495970B1 publication Critical patent/EP4495970B1/fr
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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
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/002—Monitoring or fail-safe circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/001—Functional circuits, e.g. logic, sequencing, interlocking circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/04—Means for indicating condition of the switching device
    • H01H2071/044—Monitoring, detection or measuring systems to establish the end of life of the switching device, can also contain other on-line monitoring systems, e.g. for detecting mechanical failures

Definitions

  • the present invention relates to a method for protecting a contactor intended to establish, in the closed position, or to interrupt, in the open position, a flow of a main electric current between a source of electrical energy and at least one electrical load, the electrical energy being supplied under an alternating electrical voltage.
  • the invention is in the field of electrical contactors, usually applied to establish or interrupt a flow of electric current between an electrical energy source and one or more electrical loads.
  • a contactor is used for energizing electrical loads, such loads being able to be any type of electrical device, for example motor, heating device or lighting device.
  • the opening and closing operation uses electrical contacts comprising contact pads, which are likely to physically wear out after a certain number of operations.
  • contactors with reduced dimensions, allowing them to occupy as little space as possible in a cabinet or electrical panel, while reducing wear in order to increase their service life.
  • the patent FR 3 099 289 describes a contactor with improved electrical endurance, comprising two switches, a first switch which is a main switch, connected between an upstream connection point intended for connection to the electrical energy source and a downstream connection point intended for connection of the electrical load(s) and an assembly formed by a second switch, which is a secondary switch, connected in series with a unidirectional conductive component, the assembly being connected in parallel with the main switch.
  • This patent describes a method for controlling the main and secondary switches, ensuring, in nominal operation, that the main switch is switched to open or closed when the secondary switch is closed, and consequently the switching of the main switch is carried out without switching electric current, therefore without any notable effect on the contacts of this switch.
  • the switching of the secondary switch is carried out without switching electric current, therefore without any notable effect on the contacts of this switch, thanks to the unidirectional conductive component and to a switching command during the blocked state of this component.
  • switches having different specifications in particular a main switch which supports the main current, and a secondary switch which supports a lower current, given that the secondary switch is intended to support the main current for a very short duration, for example a duration less than half a period of the main current (i.e. less than 10 milliseconds for a current of 50 Hz).
  • the invention relates to a method for protecting a contactor intended to establish, in the closed position, or to interrupt, in the open position, a flow of a main electric current between an electrical energy source and at least one electrical load, the electrical energy being supplied under an alternating electrical voltage, the contactor having an upstream connection point intended for a connection to the electrical energy source and a downstream connection point intended for a connection of said at least one electrical load, the contactor comprising a main switch connected between the upstream connection point and the downstream connection point, and an assembly comprising a secondary switch, connected in series with a unidirectional conductive component, said assembly being connected between the upstream connection point and the downstream connection point in parallel with the main switch, the contactor further comprising a calculation unit configured to receive switching commands from the contactor and to control an opening and/or closing sequence of the main switch and the secondary switch, as a function of the switching command received and a direction of polarity of the voltage.
  • alternating current the secondary switch being closed during a time range for processing the switching command, the main
  • monitoring the voltage level makes it possible to detect abnormal closing of the secondary switch, and to take immediate measures to avoid subsequent damage to the contactor.
  • the method of protecting a contactor according to the invention may have one or more of the characteristics below, taken independently or in any acceptable combination.
  • Voltage level monitoring is performed continuously or with a chosen time frequency.
  • the invention also relates to a contactor intended to establish, in the closed position, or to interrupt, in the open position, a flow of a main electric current between an electrical energy source and at least one electrical load, the electrical energy being supplied under an alternating electrical voltage, the contactor having an upstream connection point intended for a connection to the electrical energy source and a downstream connection point intended for a connection of said at least one electrical load, the contactor comprising a main switch connected between the upstream connection point and the downstream connection point, and an assembly comprising a secondary switch, connected in series with a unidirectional conductive component, said assembly being connected between the upstream connection point and the downstream connection point in parallel with the main switch, the contactor further comprising a calculation unit configured to receive switching commands from the contactor and to control an opening and/or closing sequence of the main switch and the secondary switch, as a function of the switching command received and a direction of polarity of the alternating electrical voltage, the secondary switch being closed for a time range of processing of the switching command, the main switch being commanded to open or
  • This contactor further comprises a first voltage measurement module at the upstream connection point, a second voltage measurement module at the downstream connection point and a third voltage measurement module at the intermediate point, each of said modules being connected to the calculation unit.
  • the primary switch is a bistable electromechanical relay and the secondary switch is a monostable electromechanical relay.
  • FIG. 1 illustrates a contactor 2 intended to establish, in the closed position, or to interrupt, in the open position, a circulation of a main electric current I between an electrical energy source 4 and at least one electrical load 5, the electrical energy being supplied under an alternating electrical voltage.
  • the electrical load 5 may consist of one or more electrical devices such as motors, heating resistors, lighting devices, or any other device requiring a connection to a source of electrical energy.
  • the contactor 2 comprises an upstream connection point 6 and a downstream connection point 8, the upstream connection point 6 being intended to be connected to the electrical energy source 4 and the downstream connection point 8 being intended to be connected to the electrical load 5.
  • the electrical energy source 4 is connected on the one hand to the upstream connection point 6 and on the other hand to the electrical load 5.
  • the connection between the electrical energy source 4 and the electrical load 5 is for example a phase line or a neutral line.
  • the contactor 2 also includes a main switch 10 connected between the upstream connection point 6 and the downstream connection point 8.
  • the contactor 2 also comprises an assembly 16 connected in parallel with the main switch 10 between the upstream connection point 6 and the downstream connection point 8, the assembly 16 comprising a secondary switch 20 connected in series with a unidirectional conductive component 18.
  • the unidirectional conductive component 18 is a diode, the anode of which is arranged on the side of the electric current source 4 and the cathode on the side of the electric load 5.
  • the unidirectional conductive component 18 may be a thyristor.
  • the contactor 2 further comprises a first module 22 for measuring voltage at the upstream connection point 6, a second module 24 for measuring voltage at the downstream connection point 8 and a third module 26 for measuring voltage at an intermediate point 28, located between the secondary switch 20 and the unidirectional conductive component 18, and more precisely downstream of the secondary switch 20 and upstream of the unidirectional conductor 18.
  • the contactor 2 also comprises a calculation unit 30, produced for example in the form of one or more microprocessors or microcontrollers, or in the form of logic circuits, or discrete components, for example in an ASIC ( Application Specific Integrated Circuit ) .
  • a calculation unit 30 produced for example in the form of one or more microprocessors or microcontrollers, or in the form of logic circuits, or discrete components, for example in an ASIC ( Application Specific Integrated Circuit ) .
  • the computing unit 30 is configured to receive switching commands from the contactor, from a remote device 35, via a wired or wireless communication link.
  • the communication link is wireless and the remote device 35 is a remote control.
  • the computing unit 30 is programmed, remotely via an application or locally via a human-machine interface, to implement switching commands, for example triggered by the internal clock of the computing unit 30.
  • the first voltage measurement module 22, the second voltage measurement module 24 and the third voltage measurement module 26 are each implemented by a circuit comprising a voltage divider bridge, an additional calculation to obtain the measurement of a corresponding voltage level being performed by the calculation unit 30.
  • the calculation unit 30 is configured to command an opening and/or closing sequence of the secondary switch 20 and the main switch 10, as a function of the switching command received and a direction of polarity of the alternating electrical voltage Ug, by performing opening and closing operations of each of the switches 10, 20 with low electrical current at their terminals in order to protect them from mechanical wear.
  • This nominal operation is detailed below, more particularly with reference to figures 2 And 3 .
  • the secondary switch 20 is also an electromechanical relay.
  • FIG. 2 illustrates the sinusoidal alternating current voltage signal Ug as a function of time on a first graph 50, as well as the direction of polarity of the alternating current voltage, indicated by the symbols “+” and “-”.
  • the sinusoidal alternating current voltage signal has a period of duration T.
  • T1 half-period
  • T2 half-period
  • the alternating current voltage Ug is negative, and the direction of polarity is negative.
  • the sum of the half-periods T1 and T2 is equal to the period T.
  • the secondary switch 20 is operated when the unidirectional conductive component 18 is in a blocked state, that is to say when the direction of polarity of the alternating electric voltage Ug imposes an inverse voltage at the terminals of the unidirectional conductive component 18.
  • the polarity direction of the alternating electric voltage Ug is positive, the two switches 10, 20 are open.
  • the polarity direction of the alternating electric voltage Ug is negative, the unidirectional conductive component 18 is in a blocked state, and the secondary switch 20 is closed. Thanks to the blocked state of the unidirectional conductive component 18, the closing operation of the secondary switch 20 has no notable effect on the contacts of this switch.
  • This secondary switch 20 is maintained in the closed position during a time range called the switching command processing time range T C .
  • the computing unit 30 controls the closing of the main switch 10, the main electric current I then flowing in the main switch 10.
  • the direction of polarity of the alternating electric voltage Ug is negative, the unidirectional conductive component 18 is in a blocked state, and the secondary switch 20 is then open without degradation of its contacts, the electric current being zero because blocked by the element 18.
  • the contactor 2 is then in the closed position, in accordance with the command received.
  • the figure 3 illustrates the opening or closing states of the main switch 10 and the secondary switch 20, in nominal operation, over half-periods T5, T6, T7, T8, forming a sequence of states following a switching command to open the contactor 2, i.e. a command to switch from a closing state to an opening state of the contactor 2.
  • the main switch 10 is closed and the secondary switch 20 is open.
  • FIG 3 illustrates the sinusoidal alternating voltage signal Ug as a function of time on a first graph 56, as well as the direction of polarity of the alternating voltage, indicated by the symbols "+" and "-".
  • the sinusoidal alternating voltage signal has a period of duration T.
  • T5 half-period
  • the alternating voltage Ug is positive, and the direction of polarity is positive.
  • the alternating voltage Ug is negative, and the direction of polarity is negative.
  • the second graph 58 schematically illustrates the opening/closing state of the secondary switch as a function of time
  • the third graph 60 the opening/closing state of the main switch as a function of time, in the case of processing a contactor opening command, in nominal operation.
  • the secondary switch 20 is open.
  • the direction of polarity of the alternating electric voltage Ug is positive
  • the main switch 10 is closed
  • the secondary switch 20 is open.
  • the direction of polarity of the alternating electric voltage Ug is negative
  • the unidirectional conductive component 18 is in a blocked state. Thanks to the blocked state of the unidirectional conductive component 18, the closing operation of the secondary switch 20 has no notable effect on the contacts of this switch.
  • This secondary switch 20 is maintained in the closed position during a time range for processing the switching command T C .
  • the calculation unit 30 commands the opening of the main switch 10, the main electric current I then flowing in the switch secondary 20 and in the unidirectional conductive component.
  • the polarity direction of the alternating electric voltage Ug is negative, the unidirectional conductive component 18 is in a blocked state, and the secondary switch 20 is then open. The contactor 2 is then in the open position, in accordance with the command received.
  • the main switch 10 is commanded to open or close when the secondary switch 20 is closed, during the time range for processing the switching command and in the positive alternation of the voltage.
  • the contactor protection method aims to detect and protect the contactor in the event of a malfunction of one of the switches, i.e. when one of the switches does not behave as in nominal operation.
  • the secondary switch 20 may remain abnormally closed following a mechanical or electrical fault, for example following an electrical current overload, or because one of its contacts has become resistive due to a shock wave for example. In this case, in particular when the secondary switch 20 is not sized to support the main electrical current over a long period, the secondary switch 20 may be damaged.
  • the secondary switch 20 may remain abnormally open, for example, if it is damaged due to a mechanical or electrical fault. In this case, the secondary switch 20 cannot provide the preservation function (zero current/voltage switching) against wear of the contacts of the main switch in nominal operating mode.
  • FIG 4 is a synopsis of the main steps of a method of protecting a contactor of the type described with reference to the figure 1 , implemented by the calculation unit 30 of the contactor. These steps concern the detection of a malfunction of the secondary switch and a protection activation accordingly.
  • the method comprises monitoring 80 of a voltage level at the intermediate point 28 (i.e. voltage downstream of the secondary switch 20), this voltage level being provided by the third voltage measurement module 26.
  • the monitoring 80 of the voltage level at the intermediate point 28 is carried out continuously or with a given time frequency, asynchronously to any processing 100 of the switching command of the contactor, that is to say independently of any processing 100 in progress of a received switching command.
  • the monitoring 80 of the voltage level at the intermediate point 28 is carried out with a time frequency of the order of 10 to 30 ms.
  • a filtering (or time delay) of 30 to 50 ms can be carried out to avoid the detection of a false fault (such as a temporary shock wave).
  • this verification is carried out in two stages, on the one hand it is verified in step 82 whether the voltage level V int at the intermediate point 28 is greater than the value of the first predetermined voltage threshold V th-F1 , and if V int >V th-F1 , it is also verified (step 84) whether a processing range of a switching command is in progress.
  • the value of the first predetermined voltage threshold V th-F1 is for example between 20V and 50V.
  • Exceeding the first predetermined voltage threshold V th-F1 indicates the presence of voltage at the terminals of the secondary switch 20.
  • Step 84 is then followed by a step 86 of command to close the main switch, then by command 88 to block the contactor. Blocking the contactor results in the refusal to process any switching command from the contactor.
  • the method comprises the implementation 90 of an indicator of the malfunction state, and therefore of the blocking state of the contactor.
  • the blocking is a blocking in the closed state.
  • the indicator is a warning light located on a visible face of the housing containing the contactor, preferably the front face visible to the user, and the malfunction indicator, here of a first type malfunction, is a chosen color of the warning light, for example red, and/or a flashing state of the warning light.
  • the method also comprises, in the switching command processing 100, following receipt of a switching command 102, in addition to implementing the sequence of opening and/or closing the main switch and the secondary switch according to the command received, a step 104 of comparing the voltage level V int at the intermediate point 28 with a value of a second voltage threshold V th-O2 , and if the voltage level V int at the intermediate point 28 is lower than the value of the second predetermined voltage threshold V th-O2 during the time range of processing of the switching command, a second type of malfunction state is detected, i.e. the secondary switch is abnormally open.
  • the value of the second predetermined voltage threshold V th-O2 is for example also between 20V and 50V.
  • the first voltage threshold and the second voltage threshold take the same value, also called internal voltage reference, this value being for example equal to 20V.
  • the first voltage threshold and the second voltage threshold take different values.
  • step 104 the voltage difference between an input voltage, as measured at the upstream connection point 6 (V 6 ), and an output voltage, as measured at the downstream connection point 8 (V 8 ), is determined.
  • This voltage difference is compared with a predetermined voltage difference threshold V th . If this voltage difference between the two voltages V 6 and V 8 is greater than this predetermined voltage difference threshold V th then a second type of malfunction state is detected, i.e. the secondary switch is abnormally open.
  • the value of this predetermined voltage difference threshold V th is for example also between 20V and 50V.
  • test 104 is followed by control step 88 for blocking the contactor.
  • the main switch remains in the position in which it was before receiving the switching command so as not to risk being damaged during a switchover.
  • the main switch is switched to its open position, if it was not already in the open position.
  • the contactor is then blocked in the open position.
  • the contactor is thus blocked in an open state, which is generally safer.
  • the main switch is switched to its closed position. This is particularly advantageous when a problem is detected during the closing operation of the contactor because it avoids re-using the main switch. This may also be more suitable depending on the load connected to the contactor (for example a load of the smoke extraction ventilation type for which it is better for the ventilation to operate continuously rather than being stopped in the event of a problem detected on the contactor).
  • step 88 is followed by the implementation 90 of an indicator of a malfunction state of the contactor (here malfunction of the second type), and therefore of the blocking state of the contactor.
  • FIG. 5 illustrates a variation of detecting a secondary switch malfunction.
  • the method comprises monitoring 80 of the voltage level at the intermediate point 28 and comparing 82 to the first predetermined voltage threshold V th-F1 , which takes a reference voltage threshold value, for example 20V.
  • the method then comprises a filtering 83, of predetermined duration, for example 2 ms, making it possible to validate the exceeding of the first predetermined voltage threshold V th-F1 , for the predetermined duration, which makes it possible to avoid detection on a point fault. It is then detected that the sinusoidal voltage signal at the intermediate point has a positive peak value greater than or equal to the value of the first voltage threshold for the predetermined duration (eg 2 ms). Then a peak counter is incremented, at counter increment step 85.
  • a filtering 83 of predetermined duration, for example 2 ms
  • the peak value of the voltage signal at the intermediate point was detected higher than the value of the first voltage threshold during NP periods of the alternating voltage signal, i.e. for a duration greater than 15 ms, preferably a duration greater than 40 ms, and therefore greater than the duration of processing a switching command, which indicates that the secondary switch remained closed outside a time range for processing a switching command.
  • a first type malfunction i.e. secondary switch abnormally closed
  • Step 87 is then followed by step 86 of controlling the closing of the main switch, then by control 88 for blocking the contactor previously described.
  • the peak counter is reset to zero if the peak value of the voltage signal at the intermediate point remains below the value of the first voltage threshold for at least one period.
  • FIG 6 is a synopsis of the main steps of a method of protecting a contactor of the type described with reference to the figure 1 , implemented by the calculation unit 30 of the contactor for the detection of a malfunction of the main switch and a protection activation accordingly.
  • the method comprises monitoring 106 of the voltage level V out at the downstream connection point 8.
  • the method further comprises a step 108 of comparing the voltage level V out at the downstream connection point with the value of a third predetermined voltage threshold V th-F3 during the time range for processing the command.
  • the value of the third voltage threshold is for example greater than or equal to 50 V, preferably greater than or equal to 200 V which is a value close to the peak amplitude of the voltage signal.
  • the main switch 10 If the voltage level V out at the downstream connection point is higher than the value of the third predetermined voltage threshold V th-F3 during the time range of processing of the command, then the main switch 10 is abnormally closed. If this is not the case, the contactor continues the nominal operating mode 200.
  • a nominal operation indicator is implemented, for example, the indicator is a light located on a visible face (e.g. the front face) of the housing containing the contactor, and the nominal operation indicator is a chosen color of the light, for example green.
  • step 108 is then followed by a step 110 of a new attempt to open the contactor, by implementing the sequence for switching to the open position.
  • An opening attempt counter is initialized.
  • an error indicator is implemented, for example, the indicator is a light indicator located on a visible face of the housing containing the contactor, and the error indicator is a chosen color of the light indicator, for example orange.
  • step 112 It is tested again in step 112 whether the main switch is open, and if the response is positive, the method returns to nominal operating mode 200.
  • the opening attempt counter is incremented (step 114), then compared (step 116) to a predetermined number N of opening attempts.
  • steps 110 to 116 are repeated.
  • the method comprises the implementation 120 of an indicator of the state of malfunction, and therefore of blocking of the contactor.
  • Steps 118, 120 are analogous to steps 88, 90 previously described.
  • the value of the fourth voltage threshold is for example less than or equal to 50 V.
  • the third voltage threshold and the fourth voltage threshold take different values.
  • Step 122 is then followed by a step 124 of a new attempt to close the contactor, by implementing the sequence for moving to the closed position.
  • a closing attempt counter is initialized.
  • the closing attempt counter is incremented (step 128), then compared (step 130) to a predetermined number M of closing attempts.
  • M is equal to 3.
  • steps 124 to 130 are repeated.
  • a fourth type malfunction main switch abnormally open
  • the control unit 30 commands 118 the blocking of the contactor.
  • the blocking of the contactor results in the refusal to process any switching command of the contactor.
  • Steps 118, 120 are analogous to steps 88, 90 previously described.

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  • Keying Circuit Devices (AREA)

Abstract

Ce contacteur (2) comporte un interrupteur principal (10) connecté entre un point de connexion amont (6) et un point de connexion aval (8), et, en parallèle d'un ensemble (16) comportant un interrupteur secondaire (20), connecté en série avec un composant conducteur unidirectionnel (18). Une unité de calcul (30) est configurée pour recevoir des commandes de commutation, commander une séquence d'ouverture et/ou fermeture de l'interrupteur principal et de l'interrupteur secondaire, l'interrupteur secondaire étant fermé pendant une plage temporelle de traitement de la commande de commutation, l'interrupteur principal étant manoeuvré lorsque l'interrupteur secondaire est fermé. L'unité de calcul effectue une surveillance d'un niveau de tension en un point intermédiaire (28), et lorsque le niveau de tension est supérieur à une valeur d'un premier seuil de tension prédéterminé, en dehors d'une plage temporelle de traitement d'une commande de commutation, détection d'un dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire, et commande d'une fermeture de l'interrupteur principal.

Description

  • La présente invention concerne un procédé de protection d'un contacteur destiné à établir, en position de fermeture, ou à interrompre, en position d'ouverture, une circulation d'un courant électrique principal entre une source d'énergie électrique et au moins une charge électrique, l'énergie électrique étant fournie sous une tension électrique alternative.
  • L'invention concerne également un contacteur mettant en oeuvre un tel procédé de protection.
  • L'invention se situe dans le domaine des contacteurs électriques, usuellement appliqués pour établir ou interrompre une circulation de courant électrique entre une source d'énergie électrique et une ou plusieurs charges électriques. En d'autres termes, un contacteur est utilisé pour la mise sous tension de charges électriques, de telles charges pouvant être tout type d'appareil électrique, par exemple moteur, appareil de chauffage ou appareil d'éclairage.
  • De tels contacteurs s'ouvrent et se ferment sur commande, par exemple manuelle ou distante. Avantageusement, la commande est électrique.
  • La manoeuvre d'ouverture et de fermeture met en oeuvre des contacts électriques comprenant des pastilles de contact, qui sont susceptibles de s'user physiquement après un certain nombre de manoeuvres.
  • De plus, il est préférable de concevoir des contacteurs de dimensions réduites, permettant d'occuper le moins de place possible dans une armoire ou un tableau électrique, tout en réduisant l'usure afin d'augmenter leur durée de vie.
  • Le brevet FR 3 099 289 décrit un contacteur d'endurance électrique améliorée, comportant deux interrupteurs, un premier interrupteur qui est un interrupteur principal, connecté entre un point de connexion amont destiné à une connexion à la source d'énergie électrique et un point de connexion aval destiné à une connexion de la ou des charge(s) électrique(s) et un ensemble formé d'un deuxième interrupteur, qui est un interrupteur secondaire, connecté en série avec un composant conducteur unidirectionnel, l'ensemble étant connecté en parallèle de l'interrupteur principal. Ce brevet décrit un procédé de commande des interrupteurs principal et secondaire, assurant, dans un fonctionnement nominal, que l'interrupteur principal est commuté en ouverture ou en fermeture lorsque l'interrupteur secondaire est fermé, et par conséquent la commutation de l'interrupteur principal est effectuée sans commutation de courant électrique, donc sans effet notable sur les contacts de cet interrupteur. De même, la commutation de l'interrupteur secondaire est effectuée sans commutation de courant électrique, donc sans effet notable sur les contacts de cet interrupteur, grâce au composant conducteur unidirectionnel et à une commande de commutation pendant l'état bloqué de ce composant.
  • Ainsi, en fonctionnement nominal, un tel contacteur est plus robuste et a une durée de vie augmentée.
  • Pour assurer un faible encombrement global, et obtenir un contacteur de dimensions réduites, il est intéressant de choisir des interrupteurs ayant des spécifications différentes, en particulier un interrupteur principal qui supporte le courant principal, et un interrupteur secondaire qui supporte un courant moindre, étant donné que l'interrupteur secondaire est destiné à supporter le courant principal pendant une très courte durée, par exemple une durée inférieure à une demi-période du courant principal (soit moins de 10 millisecondes pour un courant de 50 Hz).
  • Toutefois, pour un tel contacteur, un éventuel défaut électrique ou dysfonctionnement peut entraîner un endommagement de l'un ou l'autre des interrupteurs, et plus particulièrement de l'interrupteur secondaire, qui ne peut alors plus réaliser la fonctionnalité initialement prévue.
  • Il existe donc un besoin d'améliorer la protection d'un tel contacteur contre des dysfonctionnements, tout en conservant les avantages de robustesse et de compacité.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de protection d'un contacteur destiné à établir, en position de fermeture, ou à interrompre, en position d'ouverture, une circulation d'un courant électrique principal entre une source d'énergie électrique et au moins une charge électrique, l'énergie électrique étant fournie sous une tension électrique alternative, le contacteur ayant un point de connexion amont destiné à une connexion à la source d'énergie électrique et un point de connexion aval destiné à une connexion de ladite au moins une charge électrique, le contacteur comportant un interrupteur principal connecté entre le point de connexion amont et le point de connexion aval, et un ensemble comportant un interrupteur secondaire, connecté en série avec un composant conducteur unidirectionnel, ledit ensemble étant connecté entre le point de connexion amont et le point de connexion aval en parallèle de l'interrupteur principal, le contacteur comportant en outre une unité de calcul configurée pour recevoir des commandes de commutation du contacteur et pour commander une séquence d'ouverture et/ou fermeture de l'interrupteur principal et de l'interrupteur secondaire, en fonction de la commande de commutation reçue et d'un sens de polarité de la tension électrique alternative, l'interrupteur secondaire étant fermé pendant une plage temporelle de traitement de la commande de commutation, l'interrupteur principal étant commandé en ouverture ou en fermeture lorsque l'interrupteur secondaire est fermé.
  • Ce procédé comporte une mise en oeuvre par l'unité de calcul d'étapes de :
    • surveillance d'un niveau de tension en un point intermédiaire situé entre l'interrupteur secondaire et le composant conducteur unidirectionnel,
    • lorsque ledit niveau de tension est supérieur à une valeur d'un premier seuil de tension prédéterminé, en dehors d'une plage temporelle de traitement d'une commande de commutation, détection d'un dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire, et
    • commande d'une fermeture de l'interrupteur principal.
  • Avantageusement, la surveillance du niveau de tension permet de détecter une fermeture anormale de l'interrupteur secondaire, et de prendre des mesures immédiates visant à éviter l'endommagement ultérieur du contacteur.
  • Le procédé de protection d'un contacteur selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises indépendamment ou selon toutes les combinaisons acceptables.
  • La surveillance du niveau de tension est effectuée en continu ou avec une fréquence temporelle choisie.
  • Le procédé comporte en outre :
    • suite à une réception de commande de commutation, une comparaison du niveau de tension au point intermédiaire à une valeur d'un deuxième seuil de tension, et si le niveau de tension au point intermédiaire est inférieur à la valeur du deuxième seuil de tension durant la plage temporelle de traitement de la commande de commutation, détection de dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire ;
    • suite à une réception de commande de commutation, les étapes de :
      • détermination d'une différence de tension entre une tension d'entrée, telle que mesurée au point de connexion amont, et une tension de sortie, telle que mesurée au point de connexion aval,
      • comparaison de ladite différence de tension avec un seuil de différence de tension prédéterminé, et, si ladite différence de tension est supérieure au seuil de différence de tension prédéterminé, détection d'un dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire ;
    • suite à la détection d'un dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire, une commande de blocage du contacteur ;
    • suite à une détection de dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire, une mise en oeuvre d'un indicateur de l'état de dysfonctionnement du contacteur ;
    • suite à une réception de commande de commutation en position d'ouverture, une surveillance d'un niveau de tension au point de connexion aval, et si ledit niveau de tension au point de connexion aval est supérieur à une valeur d'un troisième seuil de tension durant la plage temporelle de traitement de la commande, une mise en oeuvre d'un nombre N prédéterminé de tentatives d'ouverture, et une indication d'état d'erreur du contacteur.
    • si après N tentatives d'ouverture, le niveau de tension au point de connexion en aval demeure supérieur à la valeur du troisième seuil de tension, une commande de blocage du contacteur et une mise en oeuvre d'une indication d'un état de dysfonctionnement du contacteur ;
    • suite à une réception de commande de commutation en position de fermeture, une surveillance d'un niveau de tension au point de connexion aval, et si ledit niveau de tension au point de connexion aval est inférieur à une valeur d'un quatrième seuil de tension durant la plage temporelle de traitement de la commande, une mise en oeuvre un nombre M prédéterminé de tentatives de fermeture, et une indication d'état d'erreur du contacteur ;
    • si après M tentatives de fermeture, le niveau de tension au point de connexion en aval demeure inférieur à la valeur du quatrième seuil de tension, commande de blocage du contacteur et mise en oeuvre d'une indication d'un état de dysfonctionnement du contacteur.
  • L'invention concerne également un contacteur destiné à établir, en position de fermeture, ou à interrompre, en position d'ouverture, une circulation d'un courant électrique principal entre une source d'énergie électrique et au moins une charge électrique, l'énergie électrique étant fournie sous une tension électrique alternative, le contacteur ayant un point de connexion amont destiné à une connexion à la source d'énergie électrique et un point de connexion aval destiné à une connexion de ladite au moins une charge électrique, le contacteur comportant un interrupteur principal connecté entre le point de connexion amont et le point de connexion aval, et un ensemble comportant un interrupteur secondaire, connecté en série avec un composant conducteur unidirectionnel, ledit ensemble étant connecté entre le point de connexion amont et le point de connexion aval en parallèle de l'interrupteur principal, le contacteur comportant en outre une unité de calcul configurée pour recevoir des commandes de commutation du contacteur et pour commander une séquence d'ouverture et/ou fermeture de l'interrupteur principal et de l'interrupteur secondaire, en fonction de la commande de commutation reçue et d'un sens de polarité de la tension électrique alternative, l'interrupteur secondaire étant fermé pendant une plage temporelle de traitement de la commande de commutation, l'interrupteur principal étant commandé en ouverture ou en fermeture lorsque l'interrupteur secondaire est fermé, l'unité de calcul étant configurée pour mettre en oeuvre un procédé de protection tel que brièvement décrit ci-dessus.
  • Ce contacteur comporte en outre un premier module de mesure de tension au point de connexion amont, un deuxième module de mesure de tension au point de connexion aval et un troisième module de mesure de tension au point intermédiaire, chacun desdits modules étant connecté à l'unité de calcul.
  • Dans un mode de réalisation, l'interrupteur principal est un relais électromécanique bistable et l'interrupteur secondaire est un relais électromécanique monostable.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
    • la figure 1 est un schéma bloc d'un contacteur selon un mode de réalisation ;
    • la figure 2 est un diagramme illustrant une séquence des états des interrupteurs suite à une commande de fermeture du contacteur en fonctionnement nominal ;
    • la figure 3 est un diagramme illustrant une séquence des états des interrupteurs suite à une commande d'ouverture du contacteur en fonctionnement nominal ;
    • la figure 4 est un synoptique des principales étapes d'un procédé de protection d'un contacteur pour la détection d'un dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire ;
    • la figure 5 représente un autre mode de réalisation de certaines étapes du d'un procédé de protection d'un contacteur pour la détection d'un dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire ;
    • la figure 6 est un synoptique des principales étapes d'un procédé de protection d'un contacteur pour la détection d'un dysfonctionnement de l'interrupteur principal.
  • La figure 1 illustre un contacteur 2 destiné à établir, en position de fermeture, ou à interrompre, en position d'ouverture, une circulation d'un courant électrique principal I entre une source d'énergie électrique 4 et au moins une charge électrique 5, l'énergie électrique étant fournie sous une tension électrique alternative.
  • Dans la figure 1, une seule charge électrique 5 a été représentée, étant entendu que la charge électrique 5 peut être constituée d'un ou plusieurs appareils électriques tels que des moteurs, des résistances de chauffage, des appareils d'éclairage, ou tout autre appareil nécessitant une connexion à une source d'énergie électrique.
  • La source d'énergie électrique 4 est par exemple un réseau de distribution d'énergie électrique ou une génératrice d'énergie électrique, et fournit une tension alternative prédéfinie Ug, par exemple 240Volt et 50 Hertz.
  • Le contacteur 2 comprend un point de connexion amont 6 et un point de connexion aval 8, le point de connexion amont 6 étant destiné à être connecté à la source d'énergie électrique 4 et le point de connexion aval 8 étant destiné à être connecté à la charge électrique 5.
  • La source d'énergie électrique 4 est connectée d'une part au point de connexion amont 6 et d'autre part à la charge électrique 5. La liaison entre la source d'énergie électrique 4 et la charge électrique 5 est par exemple une ligne de phase ou une ligne de neutre.
  • Afin de clarifier la description, la tension électrique alternative Ug est référencée par rapport à un point de référence de potentiel 12 pouvant être ou non intégré dans le contacteur.
  • Le contacteur 2 comporte également un interrupteur principal 10 connecté entre le point de connexion amont 6 et le point de connexion aval 8.
  • Le contacteur 2 comporte également un ensemble 16 connecté en parallèle de l'interrupteur principal 10 entre le point de connexion amont 6 et le point de connexion aval 8, l'ensemble 16 comportant un interrupteur secondaire 20 connecté en série avec un composant conducteur unidirectionnel 18.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 1, le composant conducteur unidirectionnel 18 est une diode, dont l'anode est disposée du côté de la source de courant électrique 4 et la cathode du côté de la charge électrique 5. En variante, le composant conducteur unidirectionnel 18 peut être un thyristor.
  • Le contacteur 2 comporte en outre un premier module 22 de mesure de tension au point de connexion amont 6, un deuxième module 24 de mesure de tension au point de connexion aval 8 et un troisième module 26 de mesure de tension en un point intermédiaire 28, situé entre l'interrupteur secondaire 20 et le composant conducteur unidirectionnel 18, et plus précisément en aval de l'interrupteur secondaire 20 et en amont du conducteur unidirectionnel 18.
  • Le contacteur 2 comporte également une unité de calcul 30, réalisée par exemple sous forme d'un ou plusieurs micro-processeurs ou micro-contrôleurs, ou encore sous forme de circuits logiques, ou de composants discrets, par exemple dans un ASIC (de l'anglais Application Spécifie Integrated Circuit).
  • Les premier, deuxième et troisième modules de mesure de tension fournissent les mesures de tension à l'unité de calcul 30.
  • L'unité de calcul 30 est configurée pour recevoir des commandes de commutation du contacteur, d'un dispositif distant 35, via une liaison de communication filaire ou sans fil. Par exemple, la liaison de communication est sans fil et le dispositif distant 35 est une télécommande.
  • Dans un mode de réalisation, l'unité de calcul 30 est programmée, à distance via une application ou en local via une interface homme-machine, pour mettre en oeuvre des commandes de commutation, par exemple déclenchées par l'horloge interne de l'unité de calcul 30.
  • Dans un mode de réalisation, le premier module 22 de mesure de tension, le deuxième module 24 de mesure de tension et le troisième module 26 de mesure de tension sont chacun réalisés par un circuit comportant un pont diviseur de tension, un calcul supplémentaire pour obtenir la mesure d'un niveau de tension correspondant étant effectué par l'unité de calcul 30.
  • Dans un fonctionnement nominal, sur réception d'une commande de commutation du contacteur 2, l'unité de calcul 30 est configurée pour commander une séquence d'ouverture et/ou fermeture de l'interrupteur secondaire 20 et de l'interrupteur principal 10, en fonction de la commande de commutation reçue et d'un sens de polarité de la tension électrique alternative Ug, en effectuant des manoeuvres d'ouverture et de fermeture de chacun des interrupteurs 10, 20 à faible courant électrique à leurs bornes afin de les préserver de l'usure mécanique. Ce fonctionnement nominal est détaillé ci-après, plus particulièrement en référence aux figures 2 et 3.
  • Dans un mode de réalisation, l'interrupteur principal 10 est un relais électromécanique comportant au moins un contact mobile, commandé par une bobine, pour établir un contact avec un contact fixe. Un tel relais électromécanique est un composant peu encombrant, peu onéreux et la résistance mécanique entre les contacts fermés est faible.
  • De préférence, l'interrupteur secondaire 20 est également un relais électromécanique.
  • Dans un mode de réalisation préféré, l'interrupteur principal 10 est un relais électromécanique bistable et l'interrupteur secondaire 20 est un relais électromécanique monostable, qui présente un plus faible encombrement qu'un relais électromécanique bistable. Ainsi, le volume global du contacteur 2 est plus petit.
  • De plus, de préférence, l'interrupteur principal 10 est un relais électromécanique capable de commuter un courant nominal inférieur ou égal à par exemple 20 ou 25 Ampères sous une tension de 240 Volt. L'interrupteur secondaire 20 peut être avantageusement de taille inférieure à la taille de l'interrupteur principal 10, par exemple cinq à dix fois plus petit en volume/encombrement, car il est destiné à supporter le courant électrique principal I pendant une durée très courte, par exemple inférieure à une demi-période du courant électrique principal I (soit une durée inférieure à 10 ms pour un courant à 50 Hz), alors que l'interrupteur principal 10 doit supporter le courant électrique principal I pendant une durée indéterminée, selon la durée entre une commande de fermeture et d'ouverture du commutateur.
  • La figure 2 illustre le signal sinusoïdal de tension électrique alternative Ug en fonction du temps sur un premier graphe 50, ainsi que le sens de polarité de la tension électrique alternative, indiqué par les symboles « + » et « - ». Le signal sinusoïdal de tension électrique alternative a un période de durée T. Pendant une demi-période T1 (respectivement T3), la tension électrique alternative Ug est positive, et le sens de polarité est positif. Pendant une demi-période suivante T2 (respectivement T4), la tension électrique alternative Ug est négative, et le sens de polarité est négatif. La somme des demi-périodes T1 et T2 est égale à la période T.
  • La figure 2 illustre les états d'ouverture ou de fermeture de l'interrupteur principal 10 et de l'interrupteur secondaire 20 sur les demi-périodes T1, T2, T3, T4, formant une séquence d'états suite à une commande de commutation en fermeture du contacteur 2, i.e. d'une commande de passage d'un était d'ouverture à un état de fermeture du contacteur 2.
  • Afin de mieux préserver les contacts des interrupteurs 10, 20 de l'usure électrique (usure des pastilles de contact), il est prévu que l'interrupteur secondaire 20 soit manoeuvré lorsque le composant conducteur unidirectionnel 18 est dans un état bloqué, c'est-à-dire lorsque le sens de polarité de la tension électrique alternative Ug impose une tension inverse aux bornes du composant conducteur unidirectionnel 18.
  • Durant la demi-période T1, le sens de polarité de la tension électrique alternative Ug est positif, les deux interrupteurs 10, 20 sont ouverts. Pendant la demi-période suivante T2, le sens de polarité de la tension électrique alternative Ug est négatif, le composant conducteur unidirectionnel 18 est dans un état bloqué, et l'interrupteur secondaire 20 est fermé. Grâce à l'état bloqué du composant conducteur unidirectionnel 18, la manoeuvre de fermeture de l'interrupteur secondaire 20 est sans effet notable sur les contacts de cet interrupteur. Cet interrupteur secondaire 20 est maintenu en position fermée pendant une plage temporelle dite plage temporelle de traitement de la commande de commutation TC. Suite à la fermeture de l'interrupteur secondaire 20, durant la demi-période T3, lorsque le sens de polarité de la tension électrique alternative Ug est positif, le courant électrique principal circule à travers l'interrupteur secondaire 20 et le composant conducteur unidirectionnel 18, qui est alors passant, et la tension aux bornes de l'interrupteur principal 10 est faible. L'unité de calcul 30 commande alors la fermeture de l'interrupteur principal 10, le courant électrique principal I circulant alors dans l'interrupteur principal 10. Pendant la demi-période T4 suivante, le sens de polarité de la tension électrique alternative Ug est négatif, le composant conducteur unidirectionnel 18 est dans un état bloqué, et l'interrupteur secondaire 20 est alors ouvert sans dégradation de ses contacts, le courant électrique étant nul car bloqué par l'élément 18. Le contacteur 2 se trouve alors en position de fermeture, conformément à la commande reçue.
  • La figure 2 illustre également schématiquement dans un deuxième graphe 52 l'état d'ouverture/fermeture de l'interrupteur secondaire 20 en fonction du temps, et dans un troisième graphe 54 l'état d'ouverture/fermeture de l'interrupteur principal 10 en fonction du temps, dans le cas du traitement d'une commande de fermeture du contacteur.
  • De manière analogue, la figure 3 illustre les états d'ouverture ou de fermeture de l'interrupteur principal 10 et de l'interrupteur secondaire 20, en fonctionnement nominal, sur des demi-périodes T5, T6, T7, T8, formant une séquence d'états suite à une commande de commutation en ouverture du contacteur 2, i.e. d'une commande de passage d'un état de fermeture à un état d'ouverture du contacteur 2. Initialement, l'interrupteur principal 10 est fermé et l'interrupteur secondaire 20 est ouvert.
  • La figure 3 illustre le signal sinusoïdal de tension électrique alternative Ug en fonction du temps sur un premier graphe 56, ainsi que le sens de polarité de la tension électrique alternative, indiqué par les symboles « + » et « - ». Le signal sinusoïdal de tension électrique alternative a un période de durée T. Pendant une demi-période T5 (respectivement T7), la tension électrique alternative Ug est positive, et le sens de polarité est positif. Pendant une demi-période suivante T6 (respectivement T8), la tension électrique alternative Ug est négative, et le sens de polarité est négatif. Le deuxième graphe 58 illustre schématiquement l'état d'ouverture/fermeture de l'interrupteur secondaire en fonction du temps, et le troisième graphe 60 l'état d'ouverture/fermeture de l'interrupteur principal en fonction du temps, dans le cas du traitement d'une commande d'ouverture du contacteur, en fonctionnement nominal.
  • Durant la demi-période T5, le sens de polarité de la tension électrique alternative Ug est positif, l'interrupteur principal 10 est fermé, l'interrupteur secondaire 20 est ouvert. Pendant la demi-période suivante T6, le sens de polarité de la tension électrique alternative Ug est négatif, le composant conducteur unidirectionnel 18 est dans un état bloqué. Grâce à l'état bloqué du composant conducteur unidirectionnel 18, la manoeuvre de fermeture de l'interrupteur secondaire 20 est sans effet notable sur les contacts de cet interrupteur. Cet interrupteur secondaire 20 est maintenu en position fermée pendant une plage temporelle de traitement de la commande de commutation TC. Suite à la fermeture de l'interrupteur secondaire 20, durant la demi-période T7, lorsque le sens de polarité de la tension électrique alternative Ug est positif, l'unité de calcul 30 commande alors l'ouverture de l'interrupteur principal 10, le courant électrique principal I circulant alors dans l'interrupteur secondaire 20 et dans le composant conducteur unidirectionnel. Pendant la demi-période T8 suivante, le sens de polarité de la tension électrique alternative Ug est négatif, le composant conducteur unidirectionnel 18 est dans un état bloqué, et l'interrupteur secondaire 20 est alors ouvert. Le contacteur 2 se trouve alors en position d'ouverture, conformément à la commande reçue.
  • Comme cela ressort clairement de la description des figures 2 et 3 ci-dessus, en fonctionnement nominal, l'interrupteur principal 10 est commandé en ouverture ou en fermeture lorsque l'interrupteur secondaire 20 est fermé, durant la plage temporelle de traitement de la commande de commutation et dans l'alternance positive de la tension.
  • Le procédé de protection du contacteur a pour objectif de détecter et protéger le contacteur en cas de dysfonctionnement d'un des interrupteurs, i.e. lorsque l'un des interrupteurs ne se comporte pas comme dans le fonctionnement nominal.
  • En particulier, le procédé de protection détecte des dysfonctionnements de l'interrupteur secondaire qui sont de deux types :
    • soit un dysfonctionnement de premier type dans lequel l'interrupteur secondaire est anormalement fermé,
    • soit un dysfonctionnement de deuxième type dans lequel l'interrupteur secondaire est anormalement ouvert.
  • En effet, l'interrupteur secondaire 20 peut rester anormalement fermé suite à un défaut mécanique ou électrique, par exemple suite à une surcharge de courant électrique, ou à cause du fait que l'un de ses contacts est devenu résistif à cause d'une onde de choc par exemple. Dans ce cas, en particulier lorsque l'interrupteur secondaire 20 n'est pas dimensionné pour supporter le courant électrique principal sur une longue durée, l'interrupteur secondaire 20 peut être endommagé.
  • L'interrupteur secondaire 20 peut rester anormalement ouvert par exemple s'il est endommagé suite à un défaut mécanique ou électrique. Dans ce cas, l'interrupteur secondaire 20 ne peut pas assurer la fonction de préservation (commutation à zéro de courant/tension) contre l'usure des contacts de l'interrupteur principal en mode de fonctionnement nominal.
  • De même, le procédé de protection détecte des dysfonctionnements de l'interrupteur principal qui sont de deux types :
    • soit un dysfonctionnement de troisième type dans lequel l'interrupteur principal est anormalement fermé,
    • soit un dysfonctionnement de quatrième type dans lequel l'interrupteur principal est anormalement ouvert.
  • La figure 4 est un synoptique des principales étapes d'un procédé de protection d'un contacteur du type décrit en référence à la figure 1, mises en oeuvre par l'unité de calcul 30 du contacteur. Ces étapes concernent la détection d'un dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire et une mise en protection en conséquence.
  • Le procédé comporte une surveillance 80 d'un niveau de tension au point intermédiaire 28 (i.e. tension en aval de l'interrupteur secondaire 20), ce niveau de tension étant fourni par le troisième module de mesure de tension 26.
  • La surveillance 80 du niveau de tension au point intermédiaire 28 est effectuée en continu ou avec une fréquence temporelle donnée, de manière asynchrone à tout traitement 100 de commande de commutation du contacteur, c'est-à-dire indépendamment d'un éventuel traitement 100 encours d'une commande de commutation reçue. Par exemple, la surveillance 80 du niveau de tension au point intermédiaire 28 est effectuée avec une fréquence temporelle de l'ordre de 10 à 30 ms. Un filtrage (ou temporisation) de 30 à 50 ms peut être effectué pour éviter la détection d'un faux défaut (tel qu'une onde de choc temporaire).
  • Ensuite il est vérifié si le niveau de tension Vint au point intermédiaire 28 est supérieur à une valeur d'un premier seuil de tension prédéterminé Vth-F1, en dehors d'une plage temporelle de traitement d'une commande de commutation, donc en dehors d'une fermeture dans une séquence d'ouverture et de fermeture suite à une réception de commande.
  • Dans le mode de la réalisation de la figure 4, cette vérification est effectuée en deux temps, d'une part il est vérifié à l'étape 82 si le niveau de tension Vint au point intermédiaire 28 est supérieur à la valeur du premier seuil de tension prédéterminé Vth-F1, et si Vint>Vth-F1, il est également vérifié (étape 84) si une plage de traitement d'une commande de commutation est en cours. La valeur du premier seuil de tension prédéterminé Vth-F1 est par exemple comprise entre 20V et 50V.
  • Le dépassement du premier seuil de tension prédéterminé Vth-F1 indique une présence de tension aux bornes de l'interrupteur secondaire 20.
  • En cas de présence de tension aux bornes de l'interrupteur secondaire 20, en dehors d'une plage de traitement d'une commande de commutation, il est déduit que l'interrupteur secondaire est anormalement fermé, il est en état de dysfonctionnement de premier type.
  • L'étape 84 est alors suivie d'une étape 86 de commande de fermeture de l'interrupteur principal, puis de commande 88 de blocage du contacteur. Le blocage du contacteur se traduit par le refus de traitement de toute commande de commutation du contacteur.
  • En outre, de préférence, le procédé comporte la mise en oeuvre 90 d'un indicateur de l'état de dysfonctionnement, et donc de l'état de blocage du contacteur. Dans ce cas de figure, le blocage est un blocage à l'état fermé. Par exemple, l'indicateur est un témoin lumineux situé sur une face visible du boîtier contenant le contacteur, de préférence la face avant visible de l'utilisateur, et l'indicateur de dysfonctionnement, ici de dysfonctionnement de premier type, est une couleur choisie du témoin lumineux, par exemple rouge, et/ou un état de clignotement du témoin lumineux. Bien entendu, d'autre variantes d'indicateur d'un état de dysfonctionnement du contacteur sont envisageables.
  • Le procédé comporte également, dans le traitement 100 de commande de commutation, suite à une réception de commande de commutation 102, outre la mise en oeuvre de la séquence d'ouverture et/ou fermeture de l'interrupteur principal et de l'interrupteur secondaire en fonction de la commande reçue, une étape 104 de comparaison du niveau de tension Vint au point intermédiaire 28 à une valeur d'un deuxième seuil de tension Vth-O2, et si le niveau de tension Vint au point intermédiaire 28 est inférieur à la valeur du deuxième seuil de tension prédéterminé Vth-O2 durant la plage temporelle de traitement de la commande de commutation, un état de dysfonctionnement de deuxième type est détecté, i.e. l'interrupteur secondaire est anormalement ouvert.
  • La valeur du deuxième seuil de tension prédéterminé Vth-O2 est par exemple également comprise entre 20V et 50V.
  • Le fait que le niveau de tension Vint au point intermédiaire 28 soit inférieur au deuxième seuil de tension prédéterminé Vth-O2 indique une absence de tension aux bornes de l'interrupteur secondaire 20, alors qu'il devrait être fermé selon la séquence de commande en fonctionnement nominal.
  • Dans un mode de réalisation, le premier seuil de tension et le deuxième seuil de tension prennent une même valeur, également appelée référence de tension interne, cette valeur étant par exemple égale à 20V.
  • Dans un autre mode de réalisation, le premier seuil de tension et le deuxième seuil de tension prennent des valeurs différentes.
  • Selon un mode de réalisation alternatif de l'invention, lors de l'étape 104, la différence de tension entre une tension d'entrée, telle que mesurée au point de connexion amont 6 (V6), et une tension de sortie, telle que mesurée au point de connexion aval 8 (V8), est déterminée, Cette différence de tension est comparée avec un seuil de différence de tension prédéterminé Vth. Si cette différence de tension entre les deux tensions V6 et V8 est supérieure à ce seuil de différence de tension prédéterminé Vth alors un état de dysfonctionnement de deuxième type est détecté, i.e. l'interrupteur secondaire est anormalement ouvert. La valeur de ce seuil de différence de tension prédéterminé Vth est par exemple également comprise entre 20V et 50V.
  • Alors le test 104 est suivi de l'étape de commande 88 de blocage du contacteur.
  • Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'interrupteur principal demeure dans la position dans laquelle il se trouvait avant la réception de la commande de commutation afin de ne pas risquer d'être endommagé lors d'une bascule.
  • Selon un mode de réalisation alternatif de l'invention, l'interrupteur principal est basculé dans sa position ouverte, s'il ne l'était pas déjà. Le contacteur est alors bloqué en position d'ouverture. Avantageusement, le contacteur est ainsi bloqué dans un état ouvert, ce qui est généralement plus sécurisant.
  • Selon un autre mode de réalisation alternatif de l'invention, l'interrupteur principal est basculé dans sa position fermée. Ceci est particulièrement avantageux lors de la détection d'un problème lors de la manoeuvre de fermeture du contacteur car cela évite de resolliciter l'interrupteur principal. Cela peut être aussi plus adapté selon la charge connectée au contacteur (par exemple une charge de type ventilation d'extraction de fumée pour laquelle mieux vaut que la ventilation fonctionne en permanence plutôt que d'être arrêtée en cas de problème détecté sur le contacteur).
  • En outre, de préférence, l'étape 88 est suivie la mise en oeuvre 90 d'un indicateur d'un état de dysfonctionnement du contacteur (ici dysfonctionnement de deuxième type), et donc de l'état de blocage du contacteur.
  • Il est à noter que selon des variantes, il est possible de mettre en oeuvre des indicateurs distincts pour indiquer un état de blocage suite à un dysfonctionnement de premier type (interrupteur secondaire anormalement fermé) et un état de blocage suite à un dysfonctionnement de deuxième type (interrupteur secondaire anormalement ouvert).
  • La figure 5 illustre une variante de la détection d'un dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire.
  • Dans ce mode de réalisation, le procédé comprend une surveillance 80 du niveau de tension au point intermédiaire 28 et une comparaison 82 au premier seuil de tension prédéterminé Vth-F1, qui prend une valeur de seuil de tension de référence, par exemple de 20V.
  • Le procédé comprend ensuite un filtrage 83, de durée prédéterminée, par exemple de 2 ms, permettant de valider le dépassement du premier seuil de tension prédéterminé Vth-F1, pendant la durée prédéterminée, ce qui permet d'éviter une détection sur un défaut ponctuel. Il est alors détecté que le signal sinusoïdal de tension au point intermédiaire a une valeur de crête positive supérieure ou égale à la valeur du premier seuil de tension pendant la durée prédéterminée (e.g. 2 ms). Alors un compteur de crête est incrémenté, à l'étape d'incrémentation de compteur 85.
  • Il est ensuite vérifié (étape 87) si le compteur de crête dépasse un nombre de périodes de dépassement NP prédéterminé, par exemple NP=3 ou NP=5.
  • Si tel est le cas, il est déduit que la valeur de crête du signal de tension au point intermédiaire a été détectée supérieure à la valeur du premier seuil de tension durant NP périodes du signal de tension alternatif, i.e. pendant une durée supérieure à 15 ms, de préférence une durée supérieure à 40 ms, et donc supérieure à la durée du traitement d'une commande de commutation, ce qui indique que l'interrupteur secondaire est resté fermé en dehors d'une plage temporelle de traitement d'une commande de commutation. Un dysfonctionnement de premier type (i.e. interrupteur secondaire anormalement fermé) est alors détecté. L'étape 87 est alors suivie par l'étape 86 de commande de fermeture de l'interrupteur principal, puis de commande 88 de blocage du contacteur précédemment décrites.
  • Le compteur de crête est remis à zéro si la valeur de crête du signal de tension au point intermédiaire reste inférieure à la valeur du premier seuil de tension durant au moins une période.
  • La figure 6 est un synoptique des principales étapes d'un procédé de protection d'un contacteur du type décrit en référence à la figure 1, mises en oeuvre par l'unité de calcul 30 du contacteur pour la détection d'un dysfonctionnement de l'interrupteur principal et une mise en protection en conséquence.
  • Les étapes décrites en référence à la figure 6 sont mises en oeuvre en complément des étapes de détection d'un dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire.
  • Partant de la réception 102 d'une commande de commutation du commutateur, le procédé comporte une surveillance 106 du niveau de tension Vout au point de connexion aval 8.
  • Une distinction est faite entre une commande d'ouverture et une commande de fermeture.
  • En cas d'une commande d'ouverture, le procédé comporte en outre une étape 108 de comparaison du niveau de tension Vout au point de connexion aval à la valeur d'un troisième seuil de tension prédéterminé Vth-F3. durant la plage temporelle de traitement de la commande.
  • La valeur du troisième seuil de tension est par exemple supérieure ou égale à 50 V, de préférence supérieure ou égale à 200V qui est une valeur proche de l'amplitude de crête du signal de tension.
  • Si le niveau de tension Vout au point de connexion aval est supérieur à la valeur du troisième seuil de tension prédéterminé Vth-F3 durant la plage temporelle de traitement de la commande, alors l'interrupteur principal 10 est anormalement fermé. Si ce n'est pas le cas, le contacteur poursuit le mode de fonctionnement nominal 200.
  • Dans un mode de réalisation, un indicateur de fonctionnement nominal est mis en oeuvre, par exemple, l'indicateur est un témoin lumineux situé sur une face visible (e.g. la face avant) du boîtier contenant le contacteur, et l'indicateur de fonctionnement nominal est une couleur choisie du témoin lumineux, par exemple vert.
  • Si le niveau de tension Vout au point de connexion aval est supérieur à la valeur du troisième seuil de tension prédéterminé Vth-F3, l'étape 108 est alors suivie d'une étape 110 de nouvelle tentative d'ouverture du contacteur, par une mise en oeuvre de la séquence pour passage en position d'ouverture. Un compteur d'essais d'ouverture est initialisé.
  • En complément optionnel, un indicateur d'erreur est mis en oeuvre, par exemple, l'indicateur est un témoin lumineux situé sur une face visible du boîtier contenant le contacteur, et l'indicateur d'erreur est une couleur choisie du témoin lumineux, par exemple orange.
  • Il est testé à nouveau à l'étape 112 si l'interrupteur principal est ouvert, et en cas de réponse positive, le procédé retourne au mode de fonctionnement nominal 200.
  • En cas de réponse négative, le compteur d'essais d'ouverture est incrémenté (étape 114), puis comparé (étape 116) à un nombre N prédéterminé de tentatives d'ouverture.
  • Par exemple, N est égal à 10.
  • Si le compteur d'essais d'ouverture n'a pas atteint le nombre N prédéterminé de tentatives d'ouverture, les étapes 110 à 116 sont répétées.
  • Si au bout de N tentatives d'ouverture, l'interrupteur principal n'a pas été ouvert, alors un dysfonctionnement de troisième type (interrupteur principal anormalement fermé) est détecté, et l'unité de contrôle commande 118 le blocage du contacteur. Le blocage du contacteur se traduit par le refus de traitement de toute commande de commutation du contacteur.
  • En outre, de préférence, le procédé comporte la mise en oeuvre 120 d'un indicateur de l'état de dysfonctionnement, et donc de blocage du contacteur.
  • Les étapes 118, 120 sont analogues aux étapes 88, 90 précédemment décrites.
  • En cas d'une commande de fermeture, le procédé comporte en outre une étape 122 de comparaison du niveau de tension Vout au point de connexion aval à un quatrième seuil de tension prédéterminé Vth-O4. durant la plage temporelle de traitement de la commande.
  • La valeur du quatrième seuil de tension est par exemple inférieure ou égale à 50 V.
  • Dans un mode de réalisation, le troisième seuil de tension et le quatrième seuil de tension prennent une même valeur, par exemple comprise entre 50V et 100V, par exemple égale à 50V.
  • Dans un autre mode de réalisation, le troisième seuil de tension et le quatrième seuil de tension prennent des valeurs différentes.
  • Si le niveau de tension Vout au point de connexion aval est inférieur au quatrième seuil de tension d'ouverture prédéterminé Vth-O4 durant la plage temporelle de traitement de la commande, alors l'interrupteur principal 10 est anormalement ouvert. Si ce n'est pas le cas, le contacteur poursuit le mode de fonctionnement nominal 200.
  • L'étape 122 est alors suivie d'une étape 124 de nouvelle tentative de fermeture du contacteur, par une mise en oeuvre de la séquence pour passage en position de fermeture. Un compteur d'essais de fermeture est initialisé.
  • En complément optionnel, un indicateur d'erreur est mis en oeuvre, par exemple, l'indicateur est un témoin lumineux situé sur une face visible du boîtier contenant le contacteur, et l'indicateur d'erreur est une couleur choisie du témoin lumineux, par exemple orange.
  • Il est testé à nouveau à l'étape 126 si l'interrupteur principal est fermé, et en cas de réponse positive, le procédé retourne au mode de fonctionnement nominal 200.
  • En cas de réponse négative, le compteur d'essais de fermeture est incrémenté (étape 128), puis comparé (étape 130) à un nombre M prédéterminé de tentatives de fermeture.
  • Par exemple, M est égal à 3.
  • Si le compteur d'essais d'ouverture n'a pas atteint le nombre M prédéterminé de tentatives de fermeture, les étapes 124 à 130 sont répétées.
  • Si au bout de M tentatives de fermeture, l'interrupteur principal n'a pas été fermé, alors un dysfonctionnement de quatrième type (interrupteur principal anormalement ouvert) est détecté, et l'unité de contrôle 30 commande 118 le blocage du contacteur. Le blocage du contacteur se traduit par le refus de traitement de toute commande de commutation du contacteur.
  • En outre, de préférence, le procédé comporte la mise en oeuvre 120 d'un indicateur de l'état de dysfonctionnement, et donc de blocage du contacteur.
  • Les étapes 118, 120 sont analogues aux étapes 88, 90 précédemment décrites.
  • Selon des variantes, il est envisagé de mettre en oeuvre des indicateurs distincts pour indiquer un état de blocage suite à un dysfonctionnement de troisième type (interrupteur principal anormalement fermé) et un état de blocage suite à un dysfonctionnement de quatrième type (interrupteur principal anormalement ouvert).
  • Avantageusement, le procédé de protection décrit permet une protection en cas de dysfonctionnements, par exemple suite à un défaut mécanique ou électrique, de l'interrupteur secondaire ou de l'interrupteur principal, sans besoin d'ajouter de nombreux composants électroniques, et donc en conservant la compacité du contacteur.

Claims (13)

  1. Procédé de protection d'un contacteur (2) destiné à établir, en position de fermeture, ou à interrompre, en position d'ouverture, une circulation d'un courant électrique principal entre une source d'énergie électrique (4) et au moins une charge électrique (5), l'énergie électrique étant fournie sous une tension électrique alternative, le contacteur (2) ayant un point de connexion amont (6) destiné à une connexion à la source d'énergie électrique (4) et un point de connexion aval (8) destiné à une connexion de ladite au moins une charge électrique (5), le contacteur (2) comportant un interrupteur principal (10) connecté entre le point de connexion amont (6) et le point de connexion aval (8), et un ensemble (16) comportant un interrupteur secondaire (20), connecté en série avec un composant conducteur unidirectionnel (18), ledit ensemble (16) étant connecté entre le point de connexion amont (6) et le point de connexion aval (8) en parallèle de l'interrupteur principal (10), le contacteur (2) comportant en outre une unité de calcul (30) configurée pour recevoir des commandes de commutation du contacteur (2) et pour commander une séquence d'ouverture et/ou fermeture de l'interrupteur principal (10) et de l'interrupteur secondaire (20), en fonction de la commande de commutation reçue et d'un sens de polarité de la tension électrique alternative, l'interrupteur secondaire (20) étant fermé pendant une plage temporelle de traitement de la commande de commutation, l'interrupteur principal (10) étant commandé en ouverture ou en fermeture lorsque l'interrupteur secondaire est fermé,
    le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte une mise en oeuvre par l'unité de calcul (30) d'étapes de :
    - surveillance (80) d'un niveau de tension en un point intermédiaire (28) situé entre l'interrupteur secondaire (20) et le composant conducteur unidirectionnel (18),
    - lorsque ledit niveau de tension est supérieur (82) à une valeur d'un premier seuil de tension prédéterminé, en dehors d'une plage temporelle de traitement d'une commande de commutation, détection (84, 87) d'un dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire, et
    - commande (86) d'une fermeture de l'interrupteur principal (10).
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la surveillance (80) du niveau de tension est effectuée en continu ou avec une fréquence temporelle choisie.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, comportant en outre, suite à une réception (102) de commande de commutation, une comparaison (104) du niveau de tension au point intermédiaire à une valeur d'un deuxième seuil de tension, et si le niveau de tension au point intermédiaire est inférieur à la valeur du deuxième seuil de tension durant la plage temporelle de traitement de la commande de commutation, détection de dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, comportant en outre, suite à une réception (102) de commande de commutation, les étapes de :
    - détermination d'une différence de tension entre une tension d'entrée, telle que mesurée au point de connexion amont (6), et une tension de sortie, telle que mesurée au point de connexion aval (8),
    - comparaison de ladite différence de tension avec un seuil de différence de tension prédéterminé, et, si ladite différence de tension est supérieure au seuil de différence de tension prédéterminé, détection d'un dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant en outre, suite à la détection d'un dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire, une commande (88) de blocage du contacteur.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant en outre, suite à une détection de dysfonctionnement de l'interrupteur secondaire, une mise en oeuvre (90) d'un indicateur de l'état de dysfonctionnement du contacteur.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant en outre, suite à une réception (102) de commande de commutation en position d'ouverture, une surveillance (106, 108) d'un niveau de tension au point de connexion aval (8), et si ledit niveau de tension au point de connexion aval (8) est supérieur à une valeur d'un troisième seuil de tension durant la plage temporelle de traitement de la commande, une mise en oeuvre d'un nombre N prédéterminé de tentatives d'ouverture, et une indication d'état d'erreur du contacteur.
  8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel si après N tentatives d'ouverture, le niveau de tension au point de connexion en aval demeure supérieur à la valeur du troisième seuil de tension, commande (118) de blocage du contacteur et mise en oeuvre (120) d'une indication d'un état de dysfonctionnement du contacteur.
  9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, comportant en outre, suite à une réception (102) de commande de commutation en position de fermeture, une surveillance (106, 122) d'un niveau de tension au point de connexion aval (8), et si ledit niveau de tension au point de connexion aval (8) est inférieur à une valeur d'un quatrième seuil de tension durant la plage temporelle de traitement de la commande, une mise en oeuvre un nombre M prédéterminé de tentatives de fermeture, et une indication d'état d'erreur du contacteur.
  10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel si après M tentatives de fermeture, le niveau de tension au point de connexion en aval (8) demeure inférieur à la valeur du quatrième seuil de tension, commande (118) de blocage du contacteur et mise en oeuvre (120) d'une indication d'un état de dysfonctionnement du contacteur.
  11. Contacteur (2) destiné à établir, en position de fermeture, ou à interrompre, en position d'ouverture, une circulation d'un courant électrique principal entre une source d'énergie électrique (4) et au moins une charge électrique (5), l'énergie électrique étant fournie sous une tension électrique alternative, le contacteur (2) ayant un point de connexion amont (6) destiné à une connexion à la source d'énergie électrique (4) et un point de connexion aval (8) destiné à une connexion de ladite au moins une charge électrique (5), le contacteur comportant un interrupteur principal (10) connecté et entre le point de connexion amont (6) et le point de connexion aval (8), et un ensemble (16) comportant un interrupteur secondaire (20), connecté en série avec un composant conducteur unidirectionnel (18), ledit ensemble (16) étant connecté entre le point de connexion amont (6) et le point de connexion aval (8) en parallèle de l'interrupteur principal (10), le contacteur comportant en outre une unité de calcul (30) configurée pour recevoir des commandes de commutation du contacteur (2) et pour commander une séquence d'ouverture et/ou fermeture de l'interrupteur principal (10) et de l'interrupteur secondaire (20), en fonction de la commande de commutation reçue et d'un sens de polarité de la tension électrique alternative, l'interrupteur secondaire (20) étant fermé pendant une plage temporelle de traitement de la commande de commutation, l'interrupteur principal (10) étant commandé en ouverture ou en fermeture lorsque l'interrupteur secondaire est fermé,
    caractérisé en ce que l'unité de calcul (30) est configurée pour mettre en oeuvre un procédé de protection conforme aux revendications 1 à 10.
  12. Contacteur selon la revendication 11, comportant en outre un premier module de mesure de tension (22) au point de connexion amont (6), un deuxième module de mesure de tension (24) au point de connexion aval (8) et un troisième module de mesure de tension (26) au point intermédiaire (28), chacun desdits modules étant connecté à l'unité de calcul (30).
  13. Contacteur selon les revendications 10 à 12, dans lequel l'interrupteur principal (10) est un relais électromécanique bistable et l'interrupteur secondaire (20) est un relais électromécanique monostable.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1126961B (de) * 1960-03-02 1962-04-05 Licentia Gmbh Wechselstromeinschalteinrichtung
US20080143462A1 (en) * 2006-12-14 2008-06-19 Hamilton Sundstrand Corporation High voltage DC contactor hybrid without a DC arc break
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