OA11374A - Dispositif de contrôle d'énergie à prépaiement comportant un relais de type monostable. - Google Patents

Description

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DISPOSITIF DE CONTROLE D’ENERGIE A PREPAIEMENT COMPORTANT UNRELAIS DE TYPE MONOSTABLE L'invention concerne un dispositif de contrôle d'énergie à prépaiement comportant un 5 ensemble électronique de traitement connecté à des conducteurs d'un réseau électrique,calculant la quantité d'énergie consommée et commandant l'ouverture du contact d’un relaislorsque la quantité d’énergie consommée atteint une valeur prédéterminée prépayée.

Ce type de dispositif doit être conçu de manière à éviter au maximum les possibilités de 10 fraude. L'invention a pour but un dispositif de contrôle d'énergie à prépaiement dont lasûreté de fonctionnement est améliorée par rapport à celle des dispositifs antérieurs.

Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le relais est un relais du type monostable àcontact normalement ouvert, l'ensemble de traitement comportant une unité centrale 15 produisant des signaux binaires de commande de fermeture du relais de fréquencesupérieure ou égale à une fréquence prédéterminée, une interface de conversionfréquence/tension étant connectée entre l'unité centrale et le relais.

Ceci permet une première amélioration du niveau de sûreté du dispositif par rapport aux 20 dispositifs antérieurs, notamment aux dispositifs à relais bistable.

Selon un développement de l'invention, la sûreté est encore améliorée par l’utilisation d'uncouple de matériaux de contact robuste pour le contact du relais et par l'utilisation d'uncircuit magnétique de compensation destiné à augmenter la pression entre des éléments de 25 contact fixe et mobile du contact lorsque le courant traversant le contact est élevé. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivrede modes particuliers de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentésaux dessins annexés sur lesquels : 30

La figure 1 illustre, sous forme de schéma-bloc, un dispositif selon l'invention.

La figure 2 représente un mode particulier de réalisation du circuit de traitement dudispositif selon la figure 1. 35

La figure 3 représente un mode particulier de réalisation de l’interface du circuit selon lafigure 2. 2 011374

T ίΛΟ figures 4a à 4c représentent les formes d'onde des signaux en divers emplacements de l'interface selon la figure 3.

La figure 5 représente un mode particulier de réalisation du relais d'un dispositif selon lafigure 1.

Les figures 6 et 7 représentent deux variantes de réalisation d'un circuit magnétique decompensation du relais selon la figure 5. 10 Le dispositif 1 de contrôle d'énergie à prépaiement représenté à la figure 1 est connecté pardeux bornes de raccordement 2 et 3 à un conducteur de phase P d'un réseau électrique. Ilest également connecté par deux bornes de raccordement 4 et 5 à un conducteur de neutre Ndu réseau. 15 Un shunt électrique de mesure 6 est connecté en série avec un contact 7 d'un relais entre lesbornes de raccordement 2 et 3. Le contact 7 est commandé par un électroaimant, ou bobine8 du relais.Un ensemble électronique de traitement 9 est connecté aux bornes 2 et 4, demanière à recevoir des signaux représentatifs de la tension U entre les conducteurs de phaseP et de neutre N. Il est également connecté à deux bornes de mesure 10 et 11 du shunt. La 20 tension présente entre les bornes de mesure 10 et 11 est représentative du courant I circulantdans le conducteur de phase P.

La tension U est également appliquée à des entrées d'un circuit d'alimentation 12 qui fournitau dispositif 1 des tensions d'alimentation Vccl et Vcc2 appropriées sur des bornes25 d'alimentation. L'ensemble électronique de traitement 9 comporte un circuit de traitement 13, de préférenceà microprocesseur, alimenté par les tensions d'alimentation Vccl et Vcc2 et recevant lessignaux U et I. Le circuit de traitement 13 calcule, de manière classique, la quantité30 d'énergie consommée par un utilisateur connecté au réseau. Il est de plus connecté à un lecteur de carte 14, de type classique. Une carte électronique 15 peut être introduite dansune fente d'entrée du lecteur de carte. Dans un mode de réalisation préférentiel la carteélectronique 15 est une carte à puce à mémoire, de type jetable, dans laquelle est mémoriséle montant d'un crédit d'énergie prédéterminé, par exemple 100 kWh. Le montant de ce35 crédit est lu par le lecteur de carte après introduction de la carte 15 dans la fente. Le circuitde traitement 13 provoque, par l'intermédiaire de la bobine 8, l’ouverture du contact 7 etl'interruption de la fourniture d'énergie à l'utilisateur lorsque la totalité du crédit d’énergiea été consommée. 3 011374

Dans les dispositifs antérieurs, le relais est constitué par un relais de type bistable. Un telrelais comporte une bobine qui n'est alimentée que lorsqu'un changement d'état del'interrupteur est souhaité, c'est-à-dire soit pour passer d'un état fermé à un état ouvert ou 5 inversement. Un tel relais a une consommation réduite. Cependant, en cas de défaillance del'ensemble électronique de traitement 9 qui le contrôle ou en cas de défaillance de la bobinedu relais, le contact 7 du relais peut rester dans n'importe laquelle des ses deux positionsstables. Ceci peut faciliter les fraudes, si l'on arrive à bloquer le contact en position defermeture. 10

Selon l'invention, le relais est un relais de type monostable avec un contact normalementouvert, c'est-à-dire contrôlant la fermeture du contact 7 lorsque la bobine 8 est alimentée etson ouverture lorsqu'elle n'est pas alimentée. Ainsi, en cas de défaillance de l'ensembleélectronique de traitement 9 ou de la bobine 8 du relais, que cette défaillance soit due à une 15 panne, à une tentative de fraude ou à toute autre cause, par défaut, le contact 7 est ouvert etreste ouvert tant qu'un fonctionnement correct du dispositif 1 n'a pas été rétabli.

La bobine 8 du relais est connectée en série avec un interrupteur électronique aux bornes dela tension d'alimentation. En fonctionnement normal, tant que le crédit d'énergie n'est pas 20 nul, le circuit de traitement commande la conduction de l'interrupteur électronique et, enconséquence, l'alimentation de la bobine 8 du relais.

Le niveau de sécurité est accru par l'utilisation d'une commande en fréquence. Commereprésenté à la figure 2, le circuit de traitement 13 comporte un circuit de mesure d'énergie 25 16, recevant les signaux de tension U et de courant I. De manière classique, le circuit de mesure d'énergie fournit à une unité centrale 17, à microprocesseur, des impulsions decomptage lorsqu'une quantité prédéterminée d'énergie a été consommée, par exemple àchaque kWh consommé. L'unité centrale 17, qui a préalablement mis en mémoire lemontant du crédit lu par le lecteur de carte 14, décrémente le contenu de cette mémoire en 30 fonction des impulsions de comptage reçues. Tant que le crédit n'est pas épuisé, l'unitécentrale 17 fournit à une interface 18 des signaux A, binaires, de fréquence (période T,figure 4a) supérieure ou égale à une fréquence prédéterminée. L'interface 18, connectéeentre l'unité centrale 17 et la bobine 8 du relais, est une interface de conversion defréquence en tension (F/V). Ainsi une tension continue est appliquée aux bornes de la 35 bobine 8 du relais tant que des signaux de fréquence suffisante, constituant des signaux decommande de fermeture du relais, sont émis. Si la fréquence des signaux A de sortie del'unité centrale 17 est trop faible, notamment dans le cas de signaux continus, stables, deniveau logique 0 ou 1, la tension appliquée aux bornes de la bobine 8 du relais s'annule. La 4 011374 bobine 8 du relais n'étant plus alimentée, le relais passe dans son unique position stablecorrespondant à l'ouverture du contact 7.

Il est ainsi possible de faire passer le relais en position d'ouverture même si la défaillance de 5 l'ensemble de traitement conduit à un blocage des signaux A de sortie de l'unité de contrôleau niveau logique 1.

Un mode particulier de réalisation de l'interface 18 est représenté à la figure 3. L'interface18 comporte deux entrées d'alimentation (Vcc2 et la masse) connectées aux bornes 10 d’alimentation du circuit d'alimentation 12 et une entrée de commande recevant les signauxA de l'unité centrale 17. L'entrée de commande est connectée, par l'intermédiaire d'unerésistance RI de limitation de courant, en série avec un premier condensateur Cl et unepremière diode Dl, à la base d'un premier transistor Tl, de type NPN. Un secondcondensateur C2 est connecté entre la base du transistor Tl et la masse, elle-même 15 connectée à l'émetteur du transistor Tl. Le collecteur du transistor Tl est connecté à la based'un second transistor T2, de type PNP, dont le collecteur est connecté à la masse. Unerésistance R2, de polarisation, est connectée entre le collecteur du transistor Tl etl'émetteur du transistor T2. La bobine 8 du relais est connectée aux bornes de sortie del'interface 18, qui sont connectées d'une part à l'émetteur du transistor T2 et d'autre part à 20 la borne d'alimentation Vcc2.

Les transistors Tl et T2 constituent un interrupteur électronique connecté en série avec labobine 8 du relais entre les bornes d'alimentation et dont la base du transistor Tl constituel'électrode de commande. 25

Le fonctionnement de l'interface 8 va être décrite en référence aux figures 4a, 4b et 4c quireprésentent respectivement les formes d'onde des signaux A, de signaux de tension B auxbornes du condensateur C2, et de signaux C de tension à l'émetteur du transistor T2. 30 En fonctionnement normal, le crédit d'énergie n'étant pas épuisé, l'unité centrale 17 produitdes signaux A, binaires, de période T. Ils maintiennent, par l'intermédiaire de la résistanceRI, du condensateur Cl et de la diode Dl, la tension de charge B aux bornes ducondensateur C2 à une valeur supérieure à un seuil S prédéterminé, supérieur à la tensionbase/émetteur du transistor Tl. Le transistor Tl est donc conducteur, provoquant la 35 conduction du transistor T2. La tension C à l'émetteur du transistor T2 est alors voisine de0 (figure 4c) et une tension voisine de la tension d'alimentation Vcc2 est appliquée enpermanence aux bornes de la bobine 8 du relais, maintenant le contact 7 fermé. 5 011374

Lorsque le crédit d'énergie prépayé est épuisé, les signaux A de sortie de l'unité centrale 17passent au niveau logique 0. Un signal continu n'étant pas transmis par le condensateur Cl,la charge du condensateur C2 est interrompue. Celui se décharge alors lentement à traversla jonction base-émetteur du transistor Tl. Il est à noter que sur la figure 4b, l'amplitude de 5 la charge et de la décharge du condensateur est très amplifiée. En fait, la tension B n'oscilleque très faiblement autour de la tension normale de charge du condensateur C2, au-dessusdu seuil S. Dès que la tension B passe au-dessous du seuil S, le transistor Tl se bloque(instant tl), provoquant également le blocage du transistor T2 et le passage de la tension C àla tension d'alimentation Vcc2. La tension aux bornes de la bobine 8 du relais s'annule et le 10 contact 7 passe dans sa position stable, à savoir sa position d'ouverture. Une diode D2, deroue libre, classiquement connectée aux bornes de la bobine 8, laisse passer le courantpendant une période transitoire lors du blocage du transistor T2.

Une diode D3, connectée entre la masse et le point commun au condensateur Cl et à la 15 diode DI, est destinée à écrêter les signaux négatifs.

Le fonctionnement de l'interface est identique si les signaux A de sortie de l'unité centrale17 sont bloqués au niveau logique 1, le condensateur Cl interdisant leur transmission. Toutedéfaillance d'un élément du circuit de traitement ou de l'interface interrompt la production 20 et la transmission des signaux A de fréquence appropriée et provoque le passage du contact7 du relais dans sa position sûre, d'ouverture.

La sûreté de fonctionnement du dispositif peut, de plus, être améliorée par l'utilisation, pourle contact 7, d'un couple de matériaux de contact robuste. Dans un mode de réalisation 25 préférentiel l'un des éléments de contact 19a, fixe, est constitué par un alliage à based'argent et de graphite, et l'autre élément de contact 19b, mobile, est en cuivre argenté.

Pour réduire au maximum tout risque de soudure des contacts jusqu'à un niveau de courantprédéterminé, il peut être prévu un circuit magnétique de compensation 20 (figure 5) destiné 30 à augmenter la pression s'exerçant entre les éléments de contact fixe et mobile (19a, 19b),lorsque le courant est élevé, notamment dans le cas d'un courant de défaut. Le circuitmagnétique de compensation 20 entoure l'élément de contact mobile (19b). Il comporte unélément en matériau magnétique, de préférence en forme de U, comme représenté auxfigures 6 et 7. Cet élément en forme de U peut être complété par une palette 21, en matériau 35 magnétique, solidaire de l'élément de contact mobile 19b, permettant d'augmenter la tenuedu relais aux courants de court-circuit. Comme représenté à la figure 7, il existe un entreferprédéfini entre la palette 21 et l'élément en forme de U du circuit magnétique decompensation 20. 6 011374 L'utilisation du circuit magnétique de compensation permet à la fois de diminuer le risquede soudure des contacts en cas de court-circuit et d'utiliser un relais dont la bobine 8 estcalibrée uniquement pour le fonctionnement à un courant normal d'utilisation. Cette5 dernière propriété est d'autant plus intéressante que le relais, de type monostable consommede l'énergie en permanence, contrairement aux relais de type bistable.

La combinaison de l’utilisation d'un relais monostable, d'une commande en fréquence, d'uncouple de matériaux de contact robuste et d'un circuit magnétique de compensation permet10 de garantir un niveau de sûreté optimal, nettement supérieur à celui des dispositifs connus.

Claims (7)

1. 7 011374 REVENDICATIONS

   1. - Dispositif de contrôle d'énergie à prépaiement (1) comportant un ensemble électronique de traitement (9) connecté à des conducteurs (N,P) d'un réseau électrique, calculant la 5 quantité d'énergie consommée et commandant l’ouverture du contact (7) d'un relais (7,8) lorsque la quantité d'énergie consommée atteint une valeur prédéterminéeprépayée, dispositif caractérisé en ce que le relais est un relais du type monostable àcontact (7) normalement ouvert, l'ensemble de traitement comportant une unité centrale(17) produisant des signaux (A) binaires de commande de fermeture du relais de 10 fréquence supérieure ou égale à une fréquence prédéterminée, une interface (18) deconversion fréquence/tension étant connectée entre Tunité centrale (17) et le relais.
2. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interface (18) comporte un interrupteur électronique (Tl, T2) connecté en série avec le relais entre des bornes 15 d'alimentation.
3. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'interface (18) comporte un premier condensateur (Cl), connecté entre une entrée de commande de l'interface etune électrode de commande de l'interrupteur électronique (Tl, T2), et un second 20 condensateur (C2) connecté entre ladite électrode de commande et une des bornes d'alimentation, de manière à commander la conduction de l'interrupteur électronique(Tl, T2) lorsque la tension (B) aux bornes du second condensateur (C2) dépasse unevaleur prédéterminée (S).
4. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le contact (7) comporte unç premier élément de contact (19a) constitué par un alliage àbase d'argent et de graphite et un second élément de contact (19b) en cuivre argenté.
5. 5. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il 30 comporte un circuit magnétique de compensation (20) destiné à augmenter la pression entre des éléments de contact fixe et mobile (19, 19b) du contact (7) lorsque le couranttraversant le contact est élevé.
6. 6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit magnétique de 35 compensation (20) comporte un élément en matériau magnétique, en forme de U, entourant l'élément de contact mobile (19b). 8 011374
7. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit magnétique decompensation comporte une palette (21) en matériau magnétique solidaire de l'élémentde contact mobile (19b).