FR2594257A1 - Dispositif de commande electrique de puissance hybride. - Google Patents
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Abstract
On procure un dispositif de commande électrique de puissance hybride avec un relais ayant un enroulement K et une paire de contacts mécaniques 36. Un dispositif de commutation à semiconducteurs 10 est électriquement connecté en parallèle avec les contacts mécaniques et la combinaison parallèle de ce dispositif de commutation et des contacts est connectée entre une borne d'entrée 12 et une borne de sortie 14. Un circuit de commande de l'enroulement du relais 38 est présent pour alimenter l'enroulement et pour produire un signal représentatif de la circulation du courant dans l'enroulement du relais à la suite de la désexcitation de l'enroulement du relais. Un circuit logique du dispositif de commutation à semiconducteurs 24' réagit à ce signal et ordonne à un circuit d'attaque 34 de mettre hors service le dispositif de commutation lorsque le signal descend en dessous d'une valeur prédéterminée. (CF DESSIN DANS BOPI)
Description
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DISPOSITIF DE COMMANDE ELECTRIQUE DE PUISSANCE HYBRIDE
Cette invention concerne des dispositifs de commu-
tation électriques, et, plus particulièrement, des dispositifs de commande électrique de puissance hybrides qui comportent
des contacts mécaniques ainsi que des dispositifs de commu-
tation à semiconducteurs connectés en parallèle les uns avec
les autres.
Les dispositifs de commutation utilisés dans les systèmes électriques aéronautiques doivent être conçus de
façon à minimiser leur taille et leur poids tout en minimi-
sant en même temps la dissipation de puissance et les tran-
sitoires de commutation. Les relais électro-mécaniques pré-
sentent l'avantage de fournir un fort courant de commutation avec une dissipation de puissance minimale à l'état stable, c'est-à-dire lorsque le relais est actionné et les contacts fermés. Les dispositifs de commutation à semiconducteurs, qui sont communément désignés soIus le nom de dispositifs de commande de puissance à semiconducteurs, sectionneurs à semiconducteurs, ou commutateurs à semiconducteurs, présentent
comme avantages des temps de commutation courts et des tran-
C0 sitoires de commutation réduites. Toutefois, les dispositifs
de commutation à semiconducteurs présentent comme inconvé-
nient le fait qu'ils comportent, de façon caractéristique, une chute de tension qui produit une dissipation de puissance
d'un watt par ampère par pôle environ. Par exemple, un dis-
positif de commande de puissance à semiconducteurs bipolaire de 12,5 ampères a une dissipation de puissance moyenne de 34 watts (comprenant une perte de commutation de 26,5 watts et une consommation de la commande de 7,5 watts), que l'on compare avec une dissipation de puissance de 5,5 watts pour un sectionneur mécanique comparable. La dissipation de chaleur qui en résulte est un inconvénient significatif qui peut interdire l'utilisation de dispositifs de commande de puissance à semiconducteurs dans de nombreuses applications, en particulier pour des niveaux de courant très élevés et pour le remplacement des sectionneurs mécaniques dans les
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circuits des équipements existants. Il est par conséquent
souhaitable de construire un dispositif de commande de puis-
sance hybride qui comporte des éléments de commutation mécaniques et à semiconducteurs et qui utilise les avantages des deux. Les dispositifs de commande de puissance hybrides peuvent offrir une perte de commutation faible, c'est-à-dire inférieure à celle de sectionneurs de puissance équivalente
à bobine à excitation par surcharge série; une mise en ser-
vice et hors service en double alternance lors du passage à zéro afin de minimiser les transitoires de démarrage; et des temps de déclenchement par surintensité courts d'un cycle ou moins afin de minimiser les pertes d'énergie avec
des surcharges élevées.
Toutefois, pour assurer une mise hors service lors du passage à zéro, un procédé simple de détection de
la position de contacts de relais est nécessaire.
L'objet de la présente invention est de procurer un dispositif de commande de puissance hybride qui utilise la combinaison parallèle de contacts de relais mécaniques et de dispositifs de commutation à semiconducteurs et qui comporte des moyens simples de détection de la position de
contacts de telle sorte que la mise hors service du commu-
tateur à semiconducteurs puisse être retardée jusqu'à ce
que les contacts de relais se soient ouverts.
En vue de cet objet, la présente invention se compose d'un dispositif de commande électrique de puissance hybride comportant une borne d'entrée pour le raccordement à une source d'alimentation; une borne de sortie pour le raccordement à une charge; un relais possédant un enroulement et une paire de contacts mécaniques connectés électriquement entre ladite borne d'entrée et ladite borne de sortie; un
dispositif de commutation à semiconducteurs connecté élec-
-.- triquement en parallèle avec lesdits contacts mécaniques; un circuit de commande du relais pour exciter et désexciter ledit enroulement du relais; et un circuit d'attaque pour commander l'état conducteur dudit dispositif de commutation
à semiconducteurs; caractérisé en ce qu'un circuit de détec-
tion du courant de l'enroulement du relais produit un signal représentatif du courant circulant dans ledit enroulement de relais à la suite de la désexcitation dudit enroulement de relais; dans lequel ledit circuit d'attaque réagit audit signal de façon à mettre hors circuit ledit dispositif de commutation à semiconducteurs lorsque ledit signal descend
en dessous d'une valeur prédéterminée.
Cette invention comprend également un procédé pour commander un courant électrique qui comporte les étapes
de délivrance d'une alimentation électrique à une borne d'en-
trée d'undispositif de commande depuissance hybride; de
mise en service d'un dispositif de commutation à semicon-
ducteurs connecté entre la borne d'entrée et une borne de sortie pour délivrer du courant à une charge; de délivrance de courant électrique à un enroulement d'un relais pour
fermer une paire de contacts mécaniques, qui sont électri-
quement connectés en parallèle avec le dispositif de commu-
tation à semiconducteurs; d'arrêt de la délivrance de courant électrique à l'enroulement; caractérisé par les étapes suivantes: la production d'un signal représentatif du courant circulant dans l'enroulement à la suite de l'interruption de la délivrance de courant électrique à l'enroulement; et la mise hors circuit du dispositif de commutation à semiconducteurs lorsque ce signal descend en
dessous d'une valeur prédéterminée.
Les dispositifs de commande de puissance hybrides construits selon la présente invention comportent des moyens simples de détection de la position de contacts et peuvent comporter une impulsion efficace avec une excitation de
l'enroulement du relais modulée afin de simplifier la concep-
tion de l'alimentation. La position des contacts est détectée en contrôlant l'écoulement du courant dans l'enroulement
du relais à la suite de la désexcitation de l'enroulement.
L'invention ressortira de façon plus évidente de
la description qui suit d'une réalisation préférée de celle-
ci, montrée uniquement à titre d'exemple, comme une amélio-
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ration par rapport à la technique existante de la Figure 1, qui est un schéma général d'un dispositif de commande de puissance à semiconducteurs selon la technique existante, dans laquelle: la Figure 2 est un schéma général d'un dispositif
de commande de puissance hybride construit selon une réali-
sation de la présente invention; la Figure 3 est une représentation schématique, en partie sous forme de schéma fonctionnel, d'un dispositif de commande de puissance hybride construit selon la Figure 2; et
la Figure 4 est une série de formes d'ondes illus-
trant le fonctionnement du circuit de la Figure 3.
Pour décrire efficacement la réalisation préférée de la présente invention, il est utile de se référer tout
d'abord au dispositif de commande de puissance à semicon-
ducteurs de la technique existante de la Figure 1. Le schéma
fonctionnel de la Figure 1 montre un commutateur à semicon-
ducteurs 10, lequel peut être par exemple un thyristor ou un réseau transistors-diodes, connecté entre une borne d'entrée 12, pour le raccordement à une source d'alimentation,
et une borne de sortie 14, pour le raccordement à une charge.
Une alimentation 16 recoit du courant de la borne d'entrée 12 lorsque l'interrupteur de commande 18 est fermé et délivre deux niveaux de tension continue. Une tension continue +V est délivrée pour alimenter les circuits de commande du commutateur à semiconducteurs et une tension continue +V Reg est délivrée pour alimenter les circuits électroniques logiques à bas niveau. L'interrupteur de commande 18 sert de commande de MARCHE/ARRET au dispositif de commande de puissance à semiconducteurs, par la mise en service et hors service de l'alimentation dans les états respectifs de MARCHE
et d'ARRET.
Un circuit de protection contre les surcharges 20 détecte le courant de charge au moyen d'un transformateur de courant 22 et délivre un signal de déclenchement au circuit logique de commande 24 si un état de surcharge se
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manifeste et persiste pendant un temps dépassant le seuil
de déclenchement courant-temps du circuit. Un circuit détec-
teur de passage au zéro 26 délivre des impulsions de syn-
chronisation au circuit logique 24, lesquelles sont utilisées pour déclencher les signaux de mise en service et de mise
hors service du dispositif de commande de puissance à semi-
conducteurs à des instants o la tension de la source d'ali-
mentation passe au zéro. Pour une commande en double alter-
nance, on utilise un seul point de passage au zéro, par
exemple à 0 ou à 180 .
Au lieu d'utiliser l'interrupteur de commande 18 comme moyen pour commander les états de MARCHE et d'ARRET du dispositif de commande de puissance à semiconducteurs, un signal de commande séparé peut être utilisé grâce à la borne d'entrée de commande 28. Cette borne d'entrée est connectée à un circuit de commande et d'état 30 qui délivre également un signal de sortie au moyen d'une borne d'état 32 qui indique
l'état de fonctionnement du dispositif de commande de puis-
sance à semiconducteurs. Ce signal de sortie d'état peut
indiquer des états tels que en service, hors service, déclen-
ché, panne de composant, ou des combinaisons de ces états.
Le circuit logique 24 reçoit des entrées venant du circuit de cuomnande et d'éLat, du circuit de détection de passage au zéro et du circuit de protection contre les surcharges, à partir desquelles il délivre des signaux de sortie à un circuit d'attaque 34 et au circuit de commande et d'état 30. Le circuit d'attaque 34 amplifie le signal de commande
du circuit logique et provoque la mise en service du commu-
tateur à semiconducteurs. Ce circuit d'attaque peut également
assurer l'isolement entre le circuit logique et le commuta-
teur à semiconducteurs au moyen de diverses interfaces
d'isolement connues.
La Figure 2 est un schéma fonctionnel d'un dispositif de commande de puissance hybride à faibles pertes construit selon la présente invention. Il apparaît clairement que ce dispositif de commande de puissance comporte les
éléments du dispositif de commande de puissance à semi-
conducteurs de la Figure 1 et qu'il comporte de plus un relais ayant une paire de contacts mécaniques 36 connectés
électriquement en parallèle avec le commutateur à semicon-
ducteurs 10; une commande de relais 38; et un circuit logique modifié 24' qui comporte des moyens pour assurer l'interface avec le circuit de commande du relais. Les contacts de relais mécaniques 36 procurent un chemin de conduction à faible chute de tension pour le courant de charge à chaque fois que le dispositif de commande de puissance hybride est en service, sauf pour les états transitoires survenant durant l'ouverture et la fermeture du dispositif de commande de puissance. Le circuit de commande du relais 38 comporte un enroulement de relais et fonctionne en réponse à un signal K-ON venant du circuit logique 24'. Le circuit de commande du relais délivre également un signal d'indication de la position du relais K-POS au circuit logique 24' pour la coordination du fonctionnement du commutateur à semiconducteurs avec le
fonctionnement du relais.
La Figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif de commande de puissance hybride construit selon la Figure 2, des blocs fonctionnels étant utilisés
pour les éléments de circuit qui sont connus dans la tech-
nique existante. Par conséquent, la description qui suit
concerne essentiellement les circuits logiques et de commande du relais, qui sont spécifiques à cette invention et qui assurent la commande et la synchronisation du fonctionnement du commutateur à semiconducteurs et des contacts de relais lors de la mise en service, de la mise hors service et de
la mise hors service pour surcharge.
Lorsque l'on considère les moyens pour alimenter l'enroulement de relais K, il est souhaitable d'utiliser un enroulement de relais de type pour courant continu afin de permettre des temps d'ouverture courts et de pouvoir
employer une grande variété de tensions nominales d'enrou-
lements pour une sélectionoptimale basée sur les coûts, les tensions, les circuits, etc..., nécessités par le dispositif de commande de puissance à semiconducteurs. Lorsque le dispositif de commande de puissance est utilisé sur un système alimenté en 115 volts efficaces, on peut facilement obtenir une alimentation filtrée de 150 volts continus grâce à un redressement en double alternance et un filtrage de crête de la tension de la source d'alimentation. L'adap- tation de ces 150 volts continus à la tension nominale de
l'enroulement du relais serait peu pratique avec une régu-
lation série, puisque l'un des objectifs de la présente
invention est de réduire la dissipation de puissance. Cepen-
dant, en utilisant une modulation de la largeur d'impulsion de l'alimentation en 150 volts continus et en faisant varier le rapport cyclique, on peut délivrer au relais toute une variété de tensions continues moyennes. De plus, l'enroulement du relais comportant une inductance, l'enroulement lui-même peut assurer un filtrage de façon à maintenir un courant
continuel dans l'enroulement du relais, grâce à une utili-
sation judicieuse de la constante de temps L/R du relais et de la largeur d'impulsions et de la fréquence d'impulsions sélectionnées. Ceci est accompli dans le circuit de la Figure 3
lorsque l'enroulement K du relais est alimenté par un commu-
tateur à modulation de largeur d'impulsion de configuration Darlington qui envoie à l'enroulement du relais des impulsions en 150 volts continus pendant l'état de MARCHE du dispositif de commande de puissance hybride. La fréquence des impulsions est déterminée par un oscillateur d'horloge 40 qui délivre un signal logique de fréquence Fc à un circuit diviseur de
fréquence 42 qui divise cette fréquence par un nombre prédé-
selectionné N. Le signal résultant a une durée de N/Fc et une fréquence de Fc/N. Les valeurs caractéristiques de Fc peuvent aller, par exemple, de I à 10 kilohertz, et les valeurs caractéristiques de N peuvent aller, par exemple, de 4 à 8 avec des enroulements de relais ayant des tensions
nominales de 26 volts continus et de 48 volts continus.
Le signal logique produit par le diviseur de fréquence 42 est combiné dans une porte ET 44 avec un signal de MARCHE du relais K-ON afin de produire un signal de commande du relais KDR lorsque le dispositif de commande de puissance hybride est dans l'état de MARCHE et que le relais est alimenté. Le transistor Q3 reçoit le Signal de commande du relais KDR et délivre à son tour un signal de commande de base au commutateur de modulation de la largeur d'impulsion Q1-Q2 afin d'alimenter l'enroulement K du relais
avec des impulsions continues de 150 volts de crête.
-fa Le signal K-ON fournit également un signal de déclenchement au transistor Q4, ce qui provoque la conduction de Q4 et son blocage par la résistance R4 à chaque fois que le dispositif de commande de puissance hybride est dans l'état de MARCHE. Toutefois, lorsque le dispositif de commande de puissance hybride est mis hors service, ou bien disjoncté, les signaux de déclenchement des transistors Q3 et Q4 sont simultanément interrompus, ce qui provoque la désexcitation de l'enroulement K du relais. Une diode de dérivation est habituellement connectée aux bornes d'un enroulement de
relais, de telle sorte que le courant résultant de l'effon-
drement du champ magnétique de l'enroulement à la suite de sa désexcitation s'écoule par la diode de dérivation. Ce passage de courant persistant retarde l'ouverture des contacts du relais. Lorsque le transistor Q4 de la Figure 3 est mis hors service, la résistance R4 est insérée dans le circuit de l'enroulement de relais, et la diode CR2 sert de diode de dérivation. Par conséquent, une chute rapide du courant IK dans l'enroulement du relais se produit, à une vitesse déterminée par l'inductance de l'enroulement et la résistance
du circuit, avec une constante de temps qui est proportion-
nelle à LK/(RK + R4), o LK est l'inductance de l'enroulement du relais et o RK est la résistance de l'enroulement. Sans le circuit Q4-R4 à retombée rapide, les temps caractéristiques de retombée du relais, dans un circuit prototype, étaient de 5 millisecondes environ. En utilisant une résistance de ,1 kilo-ohms pour R4, ce temps a été réduit à environ 1, 0 à 1,5 milliseconde, ce qui est significatif puisque cela permet au dispositif de commande de puissance hybride d'être
disjoncté pendant la durée d'un cycle unique pour une ali-
mentation à 400 hertz s'il se produit une condition de
surcharge importante.
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Lorsque l'enroulement K du relais est désexcité, la chute du champ magnétique à l'intérieur de l'enroulement provoque la persistance de la circulation du courant et produit une tension induite inductivement qui se manifeste aux bornes de la résistance R4 lors de l'ouverture du relais. Cette tension induite inductivement s'élève tout d'abord très vite jusqu'à une tension de crête élevée, et retombe
ensuite à zéro. La vitesse de retombée du courant est modi-
fiée lorsque l'armature du relais commence à bouger pour ouvrir les contacts, provoquant de cette façon une deuxième crête, ou remontée, du courant circulant à travers R4, et, par conséquent, de la tension aux bornes de R4, ce qui fait que l'on peut utiliser un procédé de détection du niveau de la tension de seuil pour détecter l'instant o le niveau de tension de R4 est descendu en dessous et au-delà du point de l'ouverture des contacts du relais, de façon à déclencher l'ouverture du commutateur à semiconducteurs 10
afin de terminer l'opération de mise hors service du dispo-
sitif de commande de puissance hybride. La tension aux bornes de la résistance R4 est utilisée, par conséquent, pour obtenir un signal indiquant la position des contacts de relais K-POS sans qu'il soit nécessaire de dispositifs moins úiubles d'irndicatiun de la position des contacts. Le réseau comprenant la diode CR3, les résistances R5 et R6 et le condensateur Cl procure la chute de tension, l'isolement et le filtrage nécessaires pour que le signal de tension de R4 puisse être utilisé dans les dispositifs logiques en
basse tension du circuit de commande logique 24'.
On peut à présent faire référence aux formes d'onde de la Figure 4, en combinaison avec le circuit de la Figure 3, pour décrire le fonctionnement du dispositif de commande de puissance hybride. La Figure 4 contient trois colonnes de formes d'onde définies comme s'appliquant aux intervalles de temps T1, T2 et T3. L'intervalle de temps T1 comporte des formes d'onde qui décrivent l'opération de mise en service du dispositif de commande de puissance hybride. La forme d'onde P. représente la tension d'entrée in délivrée à la borne 12. A l'instant tl, l'interrupteur de ccmmande 18 se ferme, mettant par conséquent sous tension l'alimentation 16. En conséquence, la tension de sortie de l'alimentation +V monte et les impulsions de synchronisation ZCO venant du circuit de détection de passage au zéro 26 apparaissent. Les fronts montants positifs des impulsions ZCO se produisent avec précision aux points de passage au zéro des pentes négatives de la forme d'onde de la tension d'entrée. Après un bref temps d'attente cause par le circuit a6, un signal d'attente du commutateur de commande CSWTD apparaît sur la sortie du circuit de mise en forme du signal 47, et n'autorise la montée en tension de l'alimentation qu'après que tout rebondissement de contact ait disparu dans l'interrupteur de commande 18. Le circuit de mise en forme du signal 47 garantit que le signal d'attente CSWTD comporte des transitions de tension rapides. Le signal de MARCHE
apparaît ensuite lors du front positif suivant de l'impul-
sion en tension ZCO, à l'instant t2, grâce au signal d'hor-
loge de la bascule de type D 48. Ensuite, le signal K-ON apparaît sur la sortie de la porte ET 49. Par conséquent, à l'instant t2, le circuit d'attaque est alimenté, ce qui provoque la conduction du commutateur à semiconducteurs 10, et, par conséquent, l'application de la tension d'entrée Pin à la borne de sortie 14; et l'enroulement K du relais est alimenté par la tension modulée en largeur d'impulsions VK grâce au passage des signaux Fc/N et K-ON dans la porte
ET 44 afin de délivrer le signal de commande du relais KDR.
On notera que l'échelle des temps pour les signaux VK, KDR et IK de la Figure 4 est en réalité beaucoup plus rapide que ce qui est représenté. Toutefois, on a choisi une échelle des temps plus lente afin de mieux représenter les détails
des formes d'ondes.
La Figure 4 montre que le courant de l'enroulement
du relais IK est un courant continuel, bien qu'il soit pro-
voqué par une tension à largeur d'impulsion modulée, l'action de filtrage étant assurée par l'inductance de l'enroulement du relais. A l'instant t3, les contacts de relais 36 se 1 1 ferment, court-circuitant par conséquent le commutateur à semiconducteurs10, de sorte que le courant de la charge passe alors entièrement par les contacts du relais, ce qui produit ainsi une chute de tension dans le commutateur et une dissipation de puissance très faibles. Bien que le commutateur à semiconducteurs ne transporte pas de courant électrique à ce moment, il reste alimenté dans l'état de
MARCHE, de sorte que s'il se produit, par exemple, un rebon-
dissement des contacts du relais, dus à des vibrations ou
à des chocs, la tension de la charge ne sera pas coupée.
L'intervalle de temps T2 de la Figure 4 illustre une opération de mise hors service du dispositif de commande de puissance hybride. A l'instant t4, l'interrupteur de commande 18 s'ouvre pour déclencher la mise hors service, ce qui provoque par conséquent la mise hors tension de l'alimentation 16, de telle sorte que sa tension de sortie +V diminue. Le circuit d'attente 46 a pour résultat de faire cesser le signal d'attente du commutateur de commande CSWTD, qui avait également été déclenché avant l'instant t4, à l'instant t5, provoquant alors le retrait immédiat des signaux KDR et VK. Le retrait du signal K-ON à l'instant
t5 met hors service le transistor Q4 et débloque la résis-
tance R4, de telle sorte que la résistance R4 est à présent insérée en série avec l'enroulement K du relais. R4 ayant une valeur de résistance relativement élevée par rapport à la résistance de l'enroulement du relais, il se produit une très rapide dissipation de l'énergie de l'enroulement du relais, suivie d'une rapide décroissance du courant de l'enroulement du relais et de l'ouverture des contacts du relais. Comme décrit précédemment, l'impulsion en tension générée aux bornes de R4 fournit un signal, IKL, indiquant
la position des contacts du relais lorsqu'ils s'ouvrent.
Ce signal commence par atteindre rapidement un pic, décroît, puis reste stationnaire lorsque le relais s'ouvre à l'instant t6, et décroît finalement jusqu'au zéro. Tant que la tension du signal IKL dépasse un certain niveau de tension, Vth, un signal d'entrée est maintenu par une porte OU 50 sur
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l'entrée D de la bascule 48 de sorte que le signal de sortie de MARCHE de la bascule 48 maintienne la sortie de la porte OU 52 à un niveau haut, maintenant par conséquent alimenté le commutateur à semiconducteurs 10. Lorsque le signal IKL descend en dessous du niveau Vth, à l'instant t7, le signal de l'entrée D de la bascule 48 est interrompu. Ensuite, au front positif suivant de l'impulsion ZCO, à l'instant t8, la bascule 48 change d'état, mettant par conséquent hors service le commutateur à semiconducteurs et déconnectant la charge de la source d'alimentation. Par conséquent, une mise hors service synchrone à l'instant de passage au zéro a été effectuée. Les formes d'ondes de l'intervalle de temps T3 de la Figure 4 illustrent une opération de disjonction du dispositif de commande de puissance hybride. Les formes d'ondes sont similaires à celles qui illustrent la fonction de mise hors service pendant l'intervalle de temps T2, à ceci près qu'un signal de sortie TLO venant du circuit de
verrouillage de disjonction 54 provoque l'ouverture du dis-
positif de commande de puissance hybride et que la commande ne se fait pas après un cycle complet. Lorsque le signal de verrouillage de disjonction TLO survient, en réponse à un signal de disjonction pour surintensité venant d'un circuit de protection contre les surcharges 20, à l'instant t9, instantanément, les signaux MARCHE, K-ON, KDR et VK chutent à zéro et l'ouverture du relais est déclenchée. A nouveau, le signal de courant du relais IKL se stabilise à l'instant tlO lorsque l'armature du relais se déplace, puis retombe ensuite en dessous du niveau de tension Vth à l'instant t11, ce qui indique que le relais s'est ouvert. Le signal de commande du commutateur de puissance délivré en sortie de la porte OU 52 est alors instantanément coupé. Si l'on a utilisé des thyristors pour le commutateur à semiconducteurs , la coupure se produira au prochain passage au zéro grâce à la commutation naturelle des thyristors, comme représenté à l'instant t12. Si l'on utilise des transistors pour le commutateur à semiconducteurs, l'interruption du courant
de la charge se produira à l'instant t11, lors de l'inter-
ruption du signal de commande en sortie de la porte ET 52.
Par conséquent, il se produit une interruption rapide du courant de charge du dispositif de commande de puissance hybride en réponse à un signal de défaut par surintensité sans que la commande se fasse après un cycle complet, ce qui fait que des temps de disjonction très rapides peuvent
être garantis afin de limiter la durée de courants de sur-
charge excessifs.
On a construit selon cette invention les dispo-
sitifs de commande de puissance suivants: unipolaire I ampère 115 volts efficaces 400 hertz, et bipolaire 7 ampères volts efficaces 400 hertz. La version pour 1 ampère a présenté un temps d'interruption de 1/2 cycle lors de la fermeture sur un défaut et un temps d'interruption de 3/4 de cycle lorsqu'un défaut a été appliqué au dispositif de commande tandis qu'il était dans l'état de MARCHE. De plus,
on a obtenu des chutes de tension dans le commutateur infé-
rieures à celles que l'on peut obtenir avec les disjoncteurs électromécaniques de puissance équivalente (qui possèdent un enroulement à intensité série pour des disjoncteurs étalonnés de I à 12,5 ampères). De plus, on aconstatédes réductions de la aissipation du dispositif de commande de puissance allant de 50% pour le modèle pour 1 ampère à 70% pour un
modèle pour 12,5 ampères.
Dans le but de fournir une description plus complète
du circuit de la Figure 3, le Tableau I représente les valeurs des composants utilisés pour construire un dispositif de commande de puissance hybride selon cette invention.
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TABLEAU I
Composant Type
Q1 2N6212
Q2 MPSA93
Q3 ZVNO545B
Q4 ZVNO545B
CR1 5,1 V
CR2 1N649
CR3 1N4146
CR4 1N4146
Cl 0,01 VF
C2 0,068 VF
C3 4,0 VF
C4 0,068 V F
C5 220 pF R1 22 kQ
R2 5,1 kf.
R3 51 kfl R4 5,1 kL R5 100 kn
R6 13 ke.
R7 51 kn R8 6,2 kA R9 100 kúL R10O 100 kQ R11 249 kQ R12 64,9 kfa R13 100 kf K Babcock BR19-S662 Il apparaîtra donc clairement que les dispositifs de commande de puissance hybrides de la présente invention
fonctionnent selon un procédé pour commander un courant élec-
trique qui comporte les étapes suivantes:
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délivrance d'une alimentation électrique à une borne d'entrée d'un dispositif de commande de puissance hybride; mise en service d'un dispositif de commutation à semiconducteurs connecté entre la borne d'entrée et une borne de sortie pour délivrer du courant à une charge; délivrance de courant électrique à un enroulement d'un relais pour fermer une paire de contacts mécaniques, qui sont électriquement connectés en parallèle avec le dispositif de commutation à semiconducteurs; arrêt de la délivrance de courant électrique à l'enroulement; production d'un signal représentatif du courant circulant dans l'enroulement à la suite de l'étape d'arrêt de la délivrance de courant électrique à l'enroulement; et mise hors service du dispositif de commutation à semiconducteurs lorsque ce signal descend en dessous d'une
valeur prédéterminée.
Dans la réalisation préférée, ce signal est produit en insérant une résistance en série avec l'enroulement du relais lorsque l'alimentation de l'enroulement du relais est coupée. Le signal est alors formé par la forme d'onde
de la tension décroissant aux bornes de la résistance, elle-
même provoquée par la circulation du courant dans une boucle renfermant l'enroulement, la résistance et une diode. Cette
forme d'onde de tension est utilisée dans le but de déter-
miner l'instant o les contacts du relais se sont ouverts,
permettant le déclenchement de la mise hors service du dispo-
sitif de commutation à semiconducteurs. Dans la réalisation préférée, on utilise l'inductance de l'enroulement du relais pour filtrer une tension de commande modulée en largeur d'impulsion pour l'efficacité et la souplesse du circuit et par économie. Le circuit résultant présente par conséquent des temps d'ouverture courts de moins d'un cycle afin de limiter des circulations de puissance dues à des défauts
élevées; une mise en service et une mise hors service syn-
chronisées avec le passage au zéro avec un déclenchement
16 2594257
coordonné du commutateur à semiconducteurs et des contacts du relais; et une chute de tension dans le commutateur faible,
et, par conséquent, une faible dissipation lors du fonction-
nement normal.
Bien que la présente invention ait été décrite
en fonction de ce que l'on pense être actuellement sa réali-
sation préférée, il sera évident pour les personnes du métier que différentes modifications peuvent être faites
sans s'écarter de l'étendue de l'applicabilité de l'invention.
Par exemple, la présente invention est également applicable aux dispositifs de commande de puissance multipôles qui sont utilisés dans les circuits en courant alternatif de fréquences diverses ou pour des applications en courant
continu. Il est par conséquent entendu que les revendications
jointes couvrent de telles modifications.
NOIIDNOfSIG s sDVqqInouuzA Q EdLL ZG ilnDSVg IVNDIS na ENHOZ NE ESIN ZQ LInDHID EDNNflZHU SG EfNSIAIC ZDO'HOHGa UnZlqIIIDSO SIVZI fna EGNVWWOD SC LINflID lNflbvJLVi* LIn HIO Enbvj,zv ci mnmuio MNVûV,vj G alINIOan IVJSiG Tj9 ENVWWOD MG LIfOEIO IVS CIL 2 MGNVWW3OD9 MSfC IlID IVISHm CI 13QCNVWWOD SQ 1IMIflUID OHSZ fV DVSSVd C HfUnISISS OUZ fiV SOVSSVd S UnfiSJDSaa OHHZ nV MDVSSVd MG HflA1MZM snIDOq AILIfDID MdIDori LInfiDUID SMEDVHDdflS SEr SHZNOD NOIZOSIOUd SC ZINMMID SEMDVDHflIS SqI HULNOD NOIADSLOHdd S IInMHID SSúOVH3VflS SSúI SHZNOD NOIL OSOUd MG ZINM ID NOIAVINWImI'IV
NOIIVJINEWI1V
NOIJVZNswIIV sHdflsDflGNOOIWES V UfnSVlflnwwoo SfiSJDfiCNODIWES V H0nVIfnWWO3 SHnE0DafiNODINES V dniVjlnWWOS SONS3Dq zL ç ç ç iz Z t- ç E ú t- I ú z ç !2 t- ú z2 Zb Ob Oú ep Of oú 9s 9? 9? 9t-z 9t- 9- Ob-Z OZ OQZ OZ O- sHNflDIl oN SNISSEC Sq SNVQ SSSIqIAI Sl ODNMSUd Sa sOHESÂJN SEC NOIIVOIZIJNSI
Claims (7)
1. Dispositif de commande électrique de puissance
hybride comportant une borne d'entrée (12) pour le raccorde-
ment à une source d'alimentation; une borne de sortie (14) pour le raccordement à une charge; un relais possédant un enroulement (K) et une paire de contacts mécaniques (36), lesdits contacts étant connectés électriquement entre ladite borne d'entrée et ladite borne de sortie; un dispositif de commutation à semiconducteurs (10) connecté électriquement en parallèle avec lesdits contacts mécaniques; un circuit de commande du relais (38) pour exciter et désexciter ledit enroulement du relais; et un circuit d'attaque (34) pour commander l'état conducteur dudit dispositif de commutation -sàemiconducteurs--aractérisé en ce qu'un circuit de détection ducourant de l'enroulement du relais (R4) produit unpremier signal représentatif du courant circulant dans ledit enroulement de relais à la suite de la désexcitation dudit enroulement de relais; dans lequel ledit circuit d'attaque réagit audit signal de façon à mettre hors circuit ledit dispositif de commutation lorsque ledit signal descend en
dessous d'une valeur prédéterminée.
2. Dispositif de commande électrique de puissance hybride selon la revendication 1, caractérisé de plus en ce que ledit circuit de détection du courant de l'enroulement
de relais comporte une résistance (R4) électriquement con-
nectée en série avec ledit enroulement de relais.
3. Dispositif de commande électrique de puissance selon la revendication 2, caractérisé de plus en ce que ledit circuit de commande du relais comporte un deuxième dispositif de commutation à semiconducteurs (Q4) ayant un chemin de conduction principal électriquement connecté en
parallèle avec ladite résistance.
4. Dispositif de commande électrique de puissance hybride selon la revendication 2, caractérisé de plus en ce qu'une source de courant continu à largeur d'impulsion modulée (24', Q1) est connectée pour délivrer des impulsions
en tension audit enroulement de relais.
5. Dispositif de commande électrique de puissance hybride selon la revendication 2, caractérisé de plus en
ce qu'une diode (CR2) est électriquement connectée en paral-
lèle avec la connexion série de ladite résistance et dudit enroulement de relais.
6. Dispositif de commande électrique de puissance hybride selon la revendication 1, caractérisé de plus en ce que ledit circuit d'attaque comporte un circuit logique (50) pour combiner un signal de MARCHE avec ledit premier
signal représentatif du courant circulant dans ledit enrou-
lement de relais, de telle sorte que ledit dispositif de commutation à semiconducteurs soit en service soit tant que ledit signal de MARCHE est à un premier niveau logique, soit tant ledit premier signal est au-dessus d'un niveau
de seuil.
7. Procédé pour commander un courant électrique qui
comporte les étapes de délivrance d'une alimentation élec-
trique à une borne d'entrée d'un dispositif de puissance hybride; de mise en service d'un dispositif de commutation à semiconducteurs connecté entre la borne d'entrée et une borne de sortie pour délivrer du courant à une charge; de délivrance de courant électrique à un enroulement d'un relais pour fermer une paire de contacts mécaniques, qui sont électriquement connectés en parallèle avec le dispositif de commutation à semiconducteurs; et d'arrêt de la délivrance de courant électrique à l'enroulement; caractérisé par les étapes suivantes: production d'un signal représentatif du courant circulant dans l'enroulement à la suite de l'interruption de la délivrance de courant électrique à l'enroulement; et mise hors circuit du dispositif de commutation à semiconducteurs lorsque ce signal descend en dessous d'une
valeur prédéterminée.
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